氧误报了类太阳恒星周围的宜居带行星


类地行星地球化学演化模式示意图。行星氧化还原预算、热气候演化和挥发性预算的模型从初始岩浆海洋(左)到温带地球化学循环(右)。氧通量用绿色箭头表示,能量通量用黑色箭头表示,碳通量用橙色箭头表示,水通量用蓝色箭头表示。注意,H向太空的净损失增加了大气中的氧气。在岩浆海洋阶段,凝固半径rs开始于地核-地幔边界,并随着内部热量的耗散而向地表移动。这种情况发生的速率受放射性生热、放射性、从地幔到地表的对流热流、qmantle和地核热流(Qcore)控制。内部的热流平衡了发出的长波辐射(OLR)和传入的短波辐射(ASR)之间的差异。对地幔氧逸度、fO2、水、碳含量及地表储层进行了全程跟踪。

由于利用星光进行光合作用所赋予的进化优势,以及在没有生命的情况下维持富氧大气的可能性明显较低,氧是一种有希望的系外行星生物标志。

关于晚期m矮星周围行星上的非生物氧积累的假设设想已经提出,在那里,延长的前主序列可能有利于非生物氧的积累。相比之下,如果F、G和k型恒星周围的行星拥有大量不凝结的气体,那么它们似乎不太可能产生非生物氧积累。更大恒星周围的氧生物特征的相对健壮性激发了下一代望远镜的计划,这些望远镜能够探测类太阳恒星周围的行星上的氧。

然而,类地行星在广泛的初始条件和进化情况下形成富氧大气的总体趋势还没有被探索。在这里,我们使用一个热地球化学-气候耦合的类地行星演化模型来说明三种情况,其中显著的非生物氧可以在类日恒星周围聚集,即使存在显著的非凝结气体库存。

对于地球质量的行星,如果(1)初始挥发性库存量的CO2:H2O比例高,(2)初始水库存量超过50个地球海洋,或(3)初始水库存量极低,则非生物氧可以积累到现代水平。幸运的是,通过对其他大气成分的观察或行星表面的表征,这三种非生物氧的情形可以与生物氧区分开来。这突出了对具有广泛能力的下一代望远镜的需求,这些望远镜可以通过时间分辨光度法来限制地表水的储量,并寻找时间生物特征或不平衡生物特征来评估氧是否具有生物活性。

乔舒亚·克里桑森-托顿,乔纳森·j·福特尼,弗朗西斯·尼莫,尼古拉斯·沃根

评论:正文20页,7图。支持材料45页
科目:地球和行星天体物理学
期刊参考:AGU advance, 2, e2020AV000294 (2021)
av000294 DOI: 10.1029/2020
引用as: arXiv:2104.06463 [astrop -ph。(或arXiv:2104.06463v1[天体的ph。本版本)
提交历史
来自:约书亚Krissansen-Totton
[v1] 2017年4月22日19:11:52 UTC (412kb)
https://arxiv.org/abs/2104.06463
天体生物学,

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