研究警告在其他行星上寻找生命迹象的“氧气假阳性”

©NASA.

外产

在寻求其他行星上的生命中,行星大气中的氧气存在于未来望远镜可能检测到的生物活性的一个潜在迹象。

然而,一项新的研究描述了几种情景,其中围绕太阳般的恒星的无生命的岩石行星可以在其大气中进化氧气。

4月13日在AGU推出的新发现突出了对下一代望远镜的需求,该望远镜能够表征行星环境,以及除了检测氧气之外还可以寻找多条证据。

“这很有用,因为它显示有没有生命的氛围中有氧气,但还有其他观察结果可以帮助区分这些虚假的积极从真实交易中区分,”一个Sagan伙伴们第一次作者Joshuersen-Totton说在UC Santa Cruz的天文学系和天体物理学系。“对于每种情况,我们试图说出你的望远镜需要能够做些什么来区分这种免于生物氧气。”

在未来的几十年里,也许到21世纪30年代末,天文学家希望能有一架望远镜,能够对类日恒星周围可能类似地球的行星拍摄图像和光谱。合著者乔纳森·福特尼是UCSC的天文学和天体物理学教授,也是“其他世界”实验室的主任。他说,他们的想法是将目标定位在与地球相似到可能有生命存在的行星上,并描述其大气特征。

他说:“关于探测到的氧气是否‘足够’是生命的迹象,已经有很多讨论。”“这项研究确实说明了需要了解你的检测背景。除了氧气,还有哪些分子被发现,或者没有发现,这对我们了解这个星球的进化有什么启示?”

这意味着天文学家希望望远镜对广泛的波长敏感,以便在行星大气中检测不同类型的分子。

研究人员将他们的发现建立在一个详细的、端到端的计算模型上,该模型描述了岩石行星的演化过程,从它们的熔融起源开始,一直延伸到数十亿年的冷却和地球化学循环过程。通过改变模型行星中挥发性元素的初始库存,研究人员获得了令人惊讶的广泛结果。

当高能紫外线将高层大气中的水分子分解成氢和氧时,氧气就开始在行星的大气层中积累。轻量的氢会优先逃逸到太空中,留下氧气。其他过程可以从大气中除去氧气。例如,熔融岩石释放出的一氧化碳和氢气会与氧气反应,岩石的风化也会吸走氧气。这些只是研究人员在他们的岩石行星地球化学演化模型中纳入的几个过程。

“如果你运行地球的模型,我们认为是挥发物的初始清单,你每次都可以在没有生命的情况下获得相同的结果 - 在大气中,你不会在大气中获得氧气,”Krissansen-Totton说。“但我们也发现了多种情景,您可以在没有生命的情况下获得氧气。”

例如,否则像地球的行星,但是用更多的水开始关闭,最终会有很深的海洋,在地壳上施加巨大的压力。这有效地关闭了地质活动,包括所有过程,如岩石的熔化或耐候,这些过程将从大气中除去氧气。

在相反的情况下,行星用相对少量的水开始关闭的情况下,最初熔融的行星的岩浆表面可以在水中留在大气中时快速冻结。这种“蒸汽气氛”在上层大气中放入足够的水,以允许氧气积聚,因为水分解并氢逸出。

“典型的序列是岩浆表面同时凝固,水凝成在表面上的海洋中,”Krissansen-Totton表示。“在地球上,一旦水凝结在表面上,逃生率很低。但如果你在熔融的表面凝固后保留蒸汽氛围,那么氧气可以积聚大约一百万年的窗户,因为存在高水浓度高层大气层,没有熔融的表面消耗氢逸出产生的氧气。“

可以在大气中导致氧气的第三种情况涉及一种形状的地球,否则地是像地球,而是以更高的二氧化碳比例开始。这导致失控的温室效果,使水太热,从气氛中凝结在地球的表面上。

Krissansen-Totton说:“在这种类似金星的情况下,所有的挥发物都是从大气中开始的,只有很少的挥发物留在地幔中,被放出气体,吸收氧气。”

他指出,以前的研究主要集中在大气过程,而本研究中使用的模型则探索了地球地幔和地壳的地球化学和热演化,以及地壳和大气之间的相互作用。

“它没有计算密集,但有很多活动部件和相互连接的过程,”他说。

除了Krissansen-Totton和Fortney之外,同框包括弗朗西斯Nimmo,UC Santa Cruz的地球教授和行星科学教授,西雅图华盛顿大学的尼古拉斯Wogan。该研究得到了美国宇航局的支持。

天体学

请遵循天体学推特