大氣季節可能會影響外星人的生活

來自專欄 博科園

我們太陽系外已經發現了幾十顆可能適合居住的行星，還有許多正在等待探測。有沒有人或任何東西？在這些不可能親自造訪的地方尋找生命，將從在他們的環境中尋找生物製品開始。這些被稱為「生物簽名」的生命的大氣指紋，將會使用下一代望遠鏡來探測，這些望遠鏡可以測量出離我們光年遠的行星氣體組成。這是一項棘手的工作，因為基於單一大氣氣體測量的生物簽名可能具有誤導性。

為了補充這些標記，並感謝美國宇航局天體生物學研究所的資助，加州大學河濱分校的替代地球天體生物學中心正在開發基於地球大氣季節變化的動態生物簽名的第一個定量框架。《天體物理學雜誌》今天發表了一篇論文，題為「大氣季節性作為系外行星的生物特徵」，第一作者是Stephanie Olson，UCR地球科學學院的一名研究生。當地球圍繞太陽運行時，它的傾斜軸意味著不同的區域在一年的不同時間接收到更多的光線。這種現象最明顯的跡象是天氣和白天的長度的變化，但大氣成分也受到影響。例如，在北半球的植物中，植物的生長在夏季會顯著降低大氣中二氧化碳的含量。

氧的情況正好相反。大氣季節性是一個很有前景的生物特徵，因為它是在地球上進行生物調控的，很可能在其他有人居住的星球上發生。根據季節性推斷生命不需要對外星生物化學有詳細的了解，因為它是對環境中季節性變化的生物反應，而不是地球特有的特定生物活動的結果。此外，極橢圓的軌道，而不是軸向傾斜，可能導致太陽系外行星或系外行星的季節性，從而擴大可能的目標範圍。在論文中，研究人員通過一種叫做光譜學的成像技術，確定了與季節性形成和破壞氧氣、二氧化碳、甲烷和他們的探測有關的機會和缺陷。

還模擬了含氧量低的生命行星上大氣氧的波動，就像幾十億年前的地球一樣。他們發現，臭氧(O3)是由生命產生的氧氣(O2)反應產生的，它將是一個更容易測量的指標，它標誌著氧氣的季節性變化，而不是在弱氧行星上的氧氣。美國宇航局博士後研究員愛德華·施韋特曼(Edward Schwieterman)說：現在精確地模擬這些場景非常重要，所以未來的空間和地面望遠鏡可以用來識別最有希望的生物特徵。在臭氧的情況下，需要用望遠鏡來探測它。尋找生命的挑戰在於從很遠的地方收集到的數據的模糊性。假positives-nonbiological過程， 偽裝成一個星球上生活假negatives-life產生很少或根本沒有biosignatures-are兩大問題。

氧氣和甲烷都是有希望的生物信號，但是它們的產生方式是沒有生命的。觀測氧氣或甲烷的季節性變化將會提供更多的信息。評估外行星是否適合居住的一個潛在的強有力的方法是觀察它們的大氣層，看看我們是否能在一年的時間裡探測到這些生物特徵氣體的變化。在某些情況下，這些變化很難解釋沒有生命，甚至可能允許我們做出的進展描述,而不是簡單地承認，一顆系外行星上的生命。對在地球早期發現的低水平氧氣波動的前景感到特別興奮，臭氧所揭示的季節變化在地球這樣的行星上是最容易被探測到的，就像數十億年前，那時大多數生命還只是微小的海洋生物。

博科園-科學科普｜參考期刊：天體物理期刊｜來自：加州大學河濱分校

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