有氧气就会有生命？这可能是开了个宇宙玩笑

Science_北京

不惧过往，不畏将来！04-15 13:33

一项最新研究显示，在某些情况下，即便行星上不存在生命，其大气也可能含氧。

在某些情况下，环绕类太阳恒星运行的死寂岩质行星大气中也有可能演化出氧气。 

在开展外星生命搜索任务时，大气中含氧一直被认为是一种潜在的生物活动迹象。《美国地球物理学会：进展》杂志当地时间4月13日刊文称，一项最新研究表明，在某些情况下，环绕类太阳恒星运行的荒凉岩质行星大气中也有可能演化出氧气。

论文作者、美国加州大学克鲁兹分校（UCSC）天文学与天体物理学教授Jonathan Fortney说：“关于探测到氧气是否'足够’代表生命迹象，学界已经多有讨论。这项研究强调了检测背景的重要性。除了氧气，还发现了哪些分子？这对我们了解这颗星球的进化史有何启示？”

因此，天文学家需要一台具有宽波长范围的望远镜，以便探测行星大气中不同类型的分子。

借助一个详细的端-端计算模型，研究人员描述了岩质行星漫长的演化过程。

通过改变模型行星中挥发性元素的初始值，研究人员获得了令人惊讶的结果。当高能紫外线将高层大气中的水分子分解成氢和氧时，氧气就已经开始在行星的大气层中积累了。轻质的氢会优先“逃逸”到太空中，留下氧气。此外，很多过程能够消耗大气氧气。例如，熔融岩石释放出的一氧化碳和氢气会与氧气反应；岩石风化也会吸收氧气。研究人员在模型中，纳入了这些耗氧过程。

论文第一作者Joshua Krissansen-Totton说：“如果用最初设置的挥发物含量来运行模型，你会得到相同结果——没有生命，大气中不会出现氧气。然而，我们也发现了多种没有生命也有氧气存在的情况。”

举例来说，一颗类地球行星在诞生之初富含水分，并最终形成了很深的海洋。这对地壳形成了巨大压力，有效抑制了岩石融化/风化等耗氧过程。相反，当原始行星只含少量水时，最初融化的岩浆表面会迅速冻结，而水仍然留在大气中。这种“蒸汽大气”在上层大气中注入了足够的水，当水分解、氢逸出时，就能够积累氧气。

Krissansen-Totton接着说：“典型顺序是，在岩浆表面凝固的同时，水在表面凝汇成了海洋。对地球而言，一旦水发生表面凝结，逸出率是很低的。但如果在熔融表面凝固后蒸汽大气得以保留，那么将有100万年左右的窗口期能够积累氧气。这是因为上层大气中含有大量水分，并且没有熔融表面可以消耗氧气。”

第三种可能导致大气中出现氧气的情况是，某颗行星与地球高度相似，但其初期的二氧化碳/水比例更高。这引发了失控的温室效应，导致水在高温下无法从大气中凝结到行星表面。Krissansen-Totton说：“这种情况与金星的场景非常相似，所有的挥发物都始于大气，只有很少的挥发物能够留在地幔中。

此前的研究主要关注了大气过程，而我们使用的模型则综合考量了地幔和地壳的行星化学与热演化，以及地壳和大气之间的相互作用。”

编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《美国地球物理学会：进展》

期刊编号：2576-604X

原文链接：

https://phys.org/news/2021-04-oxygen-false-positives-life-planets.html

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