在太空中，较不稳定的分子胜出

在太空中发现的许多分子只由四种元素构成：氢、碳、氮和氧——它们是有机化学和生命起源前化学的基本组分。以恰当的方式排列，它们可以形成肽键–C(=O)–N(–H)–，正是肽键把氨基酸连接成蛋白质。作者认为，异氰酸酯基团–N=C=O是肽键的核心子结构：两者有着同样的N–C–O链。在星际空间中已确认的350多种分子里，只有五种带有这一基团，其中包括异氰酸HNCO。

加上质子的两种方式

异氰酸可以在两个位置上多接受一个质子。加在氮上，它就变成H₂NCO⁺，这是最稳定的构型，已在太空中被探测到。加在氧上，它就变成HNCOH⁺，这是一种同分异构体——原子相同，排列不同——能量更高，高出18千卡/摩尔——相当于温度约9000开尔文的气体所携带的能量，远远超过这团云100开尔文左右的温度。

理论和实验都暗示，第二种形式不应稀少。最近对离子H₃⁺与HNCO之间反应的计算发现，这一反应生成HNCOH⁺的比例约为80%，而该反应被认为是这些离子形成的主要途径之一。在一项实验室实验中，HNCOH⁺的丰度是H₂NCO⁺的两倍。而且HNCOH⁺一旦形成，就很难转变为它那稳定的孪生分子：一道很高的能垒挡在中间。然而，从来没有人在太空中见过它。

一团因碰撞而动荡的云

西班牙天体生物学中心的Marta Rey-Montejo及其在西班牙、德国、日本、美国和智利的同事，把目光投向了G+0.693-0.027——银河系中心附近的一团分子云。大尺度激波（可能来自云团之间的碰撞）把物质从尘埃颗粒的冰幔和内核上剥离下来，释放到气体中。这使得这团云成为发现新分子最多产的地方之一。

他们利用了三台射电望远镜——Yebes 40米、IRAM 30米和APEX天线——对这团云进行的超深度巡天观测，覆盖了31到275 GHz之间近150 GHz的频率范围。

七条谱线，一种分子

在太空中旋转的分子，会在一系列精确的射电频率上发出辐射，宛如一架梯子；每个频率都显示为一个窄窄的尖峰，也就是一条谱线。HNCOH⁺只有最低的两级“梯级”在实验室中测量过，因此团队外推出了其余各级。有八级落在巡天的频率范围内；其中七级可以分析，第八级被地球大气的一条谱线所遮挡。

它们全都对上了。拟合给出的视线方向柱密度为每平方厘米9.9 × 10¹²个分子，相对于分子氢的丰度约为7.3 × 10⁻¹¹，分子的转动温度约为24开尔文。这些谱线中的大多数此前从未在任何实验室中测量过；团队据此首次得出了描述这种旋转分子如何被拉伸的数值，与量子化学计算结果高度吻合。

朝向G+0.693的HNCOH⁺的七条转动谱线：观测光谱（灰色）、HNCOH⁺的拟合（红色）、所有已知分子（蓝色）。右下角显示了该分子的结构。——图1，Rey-Montejo等（2026），arXiv:2610.39654。

较不稳定的孪生分子胜出

团队还利用更新的数据，重新测量了那个稳定的孪生分子H₂NCO⁺：每平方厘米2.6 × 10¹²个。这意味着HNCOH⁺的丰度是它的3.8倍。

如果这两种形式只是按照各自的能量达到平衡，那么在这团云约70到140开尔文的温度下，HNCOH⁺会比H₂NCO⁺稀少20个数量级以上。事实却并非如此，它的丰度反映的是它的生成方式：形成这些离子的反应偏向于较不稳定的形式。作者指出，太空中其他同分异构体家族也呈现出同样的规律，高能量形式与它们稳定的对应物一样常见。这两种离子的转动快慢也不同：HNCOH⁺看起来比H₂NCO⁺更热（约24开尔文对9开尔文，而气体本身的温度约为70到140开尔文）。作者提出了一种可能的解释：HNCOH⁺的极性较弱，因此不太容易以射电波的形式释放转动能量，而与气体的碰撞让它保持更快的转动。

六种分子，还会更多

HNCOH⁺是在太空中发现的第六种带有异氰酸酯基团的分子。作者呼吁开展专门的实验室研究，以绘制它完整的转动光谱。他们得出的更广泛的启示，关乎星际之间的化学如何运作：在那里，原子最稳定的排列方式不一定是最常见的——重要的是一个分子诞生时所走的那条路。