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在外星世界上找到氧气


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发布时间:2022-03-28 11:33

红矮星约占我们银河系恒星的75%,因此,大多数潜在宜居的世界都将绕红矮星运行。但是红矮星与地球的太阳有很大的不同。它们较小,因此从原恒星转变为主序列恒星需要更长的时间。它们会散发出大的太阳耀斑,这可能会剥夺一个近轨道行星的大气层。它们还发出少得多的紫外线,该紫外线可以使原子电离并分解分子。

事实证明,这极大地改变了行星大气的演变。如果一个红矮星的碳氮比很高,那么它很可能进入失控的温室状态,并带有浓厚的二氧化碳气氛和游离氧。如果是水世界,则在高层大气中水蒸气会释放出氧气。如果它是干燥的星球,那么氧气与氮气和CO 2一起残留在大气中。当我们的望远镜观察到这三种情况时,尽管它们不一定具有生命,但它们都将具有氧气特征。对于红矮星行星,氧气的存在可能是假阳性。

有趣的是,研究还表明,对于更大,更像太阳的恒星,这些情况的可能性要小得多。如果我们在绕太阳系恒星运行的行星周围发现自由氧,那可能是生命的有力证据。这项研究的结果是,在其他行星上寻找生命是复杂的。在接下来的几年中,当我们收集诱人的证据时,我们必须记住要谨慎对待声称已发现生命迹象的过快。

研究表明,我们不能依靠地球作为行星大气演化的标准模型。早期地球的氧气贫乏。早期生命形式产生的氧气是废物。仅在光合作用发展之后,大气中的氧气才变得充足。因此,对于地球来说,氧气的上升是地球生命的直接结果。但是我们获取氧气的途径并不是唯一的途径,特别是对于绕着红矮星运行的行星而言。

尽管氢是迄今为止宇宙中最丰富的元素,但氧在岩石行星中会与碳和氮一起普遍存在。因此,我们可能会在几乎每个可能居住的世界的大气中找到诸如水(H 2 O),二氧化碳(CO 2)和氮(N 2)之类的化合物。游离氧可以像在地球上一样从水和二氧化碳中释放出来,但是研究人员发现了三种在地质上出现游离氧的情况。

我们已经发现了一些大型系外行星周围的大气层,当詹姆斯·韦伯望远镜发射升空时,我们应该能够研究出地球大小的系外行星大气层。但是,我们需要看到什么来确认生命的存在?

氧气是最有力的候选人之一。在地球上,它是由生物通过光合作用产生的,约占我们大气的21%。氧气也很容易通过其光谱特征进行检测。它也是一种反应性元素,因此必须通过生物来补充。因此,如果我们要在地球大小的可居住区系外行星的大气层中找到氧气和水,那肯定会令人信服地证明了地球外生命。但是,正如最近的一项研究表明,仅寻找氧气和水是不够的。