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大气季节变化可能会唤起外行星上的异形生物

时间:2018-05-14  点击: 21

卫星监测地球季节'绿色'的变化。 UCR科学家正在研究随之而来的大气成分变化,以此作为遥远行星生命的标志。 NASA

em UCR研究人员正在利用地球大气层的季节变化来指导他们寻找太阳系外的生命。 / em

在我们的太阳系外部发现了数十个潜在可居住的行星,还有更多的行星正在等待探测。那里有人吗?

在这些不可能亲临现场的地方寻找生命,将开始在大气中寻找生物产品。这些被称为生物印记的生命大气指纹将使用下一代望远镜进行检测,这种望远镜可测量周围行星周围气体的组成。

这是一件棘手的事情,因为基于大气气体单次测量的生物印记可能会引起误解。为了补充这些标记,得益于美国宇航局天体生物学研究所的资助,加利福尼亚大学河滨地区天体生物中心的科学家们正在开发基于地球大气季节变化的动态生物印记的第一个定量框架。

题为“大气季节性作为外行星生物印记”的论文描述了这项研究,今天发表在“天体物理学杂志”上。第一作者是UCR地球科学系研究生斯蒂芬妮奥尔森。

当地球绕太阳运行时,其倾斜的轴线意味着不同的地区在一年的不同时间接收更多的光线。这种现象最明显的迹象是天气和天数变化,但大气成分也受到影响。例如,在包含大部分世界植被的北半球,夏季的植物生长导致大气中二氧化碳的显着降低。氧气反过来也是如此。

奥尔森说:“大气季节性是一种很有希望的生物印记,因为它在地球上受到生物调节,并可能在其他有人居住的世界上发生。 “基于季节性推测生命不需要详细了解外来生物化学,因为它是对环境季节变化的生物反应,而不是作为地球独特的特定生物活动的结果。” ,非常椭圆形的轨道而不是轴倾斜可能会对太阳系外行星或系外行星产生季节性,从而扩大了可能的目标范围。

在论文中,研究人员利用称为光谱学的成像技术,确定了表征季节性形成和氧气,二氧化碳,甲烷破坏以及它们的检测的机会和陷阱。他们还模拟了含氧量低的生命星球上的大气氧气波动,就像数十亿年前的地球一样。他们发现,在大气中通过与生命产生的氧气(O2)反应产生的臭氧(O3),对于氧气的季节性变化来说,比氧气较弱的行星上的O2本身更容易测量。

“我们现在准确地模拟这些场景非常重要,所以未来的太空和地基望远镜可以设计用于识别最有希望的生物印记,”UCR的NASA博士后项目研究员Edward Schwieterman说。 “在臭氧的情况下,我们需要望远镜包含紫外线功能,以便于检测。”

施维特曼说,寻找生命的挑战是从很远的地方收集到的数据的模糊性。假阳性 - 伪装成生命的非生物过程 - 和假阴性 - 生命在很少或没有生物印记的星球上的生命 - 都是主要关注的问题。

“氧气和甲烷都是有希望的生物印记,但是有些方法可以在没有生命的情况下生产,”Schwieterman说。

奥尔森表示,观察氧气或甲烷的季节性变化将会提供更多信息。

她说:“评估系外行星用于居住的一种潜在的有效方法是观察它们在整个轨道上的气氛,看看我们是否可以在一年内检测到这些生物印记气体的变化。” “在某些情况下,如果没有生命,这种变化将很难解释,甚至可能让我们在定性,而不是简单地认识外行星上的生活方面取得进展。”

UCR地球科学系生物地球化学教授兼替代地球天体生物学中心主任Timothy Lyons表示,这项工作推进了在非常遥远的行星上寻找生命的基本方法。

Lyons说:“我们对能够在低水平表征氧气波动的前景感到特别兴奋,我们期望在早期版本的地球上找到氧气波动。”Lyons说。 “臭氧所揭示的季节变化在像地球数十亿年前那样的行星上最容易被发现,当时大多数生物仍然是微观和海洋栖息地。”

除了Olson,Schwieterman和Lyons之外,该报的作者还有加州大学河滨分校的Andy Ridgwell和Stephen Kane,乔治亚理工学院的Christopher Reinhard以及华盛顿大学的Victoria Meadows。这项工作由美国宇航局天体生物学研究所和国家科学基金会(NSF)地球系统动力学前沿部门(FESD)资助。

出版物:Stephanie L. Olson等人,“Atmospheric Seasonality as Exoplanet Biosignature,ApJL,2018; DOI:10.3847 / 2041-8213 / aac171

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