如果一个系外行星存在有氧大气层,那里会存在生命吗?答案很简单

太阳系是我们的宇宙后院,太阳像我们的母亲一样,它占据太阳系总质量的99%,而且几乎由自然界最轻的两种元素——氢和氦组成。在太阳系中,有一颗行星鹤立鸡群,它就是地球,地球上有着液态海洋,富氧大气层以及丰富多样的生命形式,从微观单细胞生命到巨大的蓝鲸,我们的存在和宇宙休戚相关。

有时候我们会想,地球可能是太阳系唯一存在生命的地方,但有一个事实也不可否认,在太阳系外也可能会有偶然诞生的外星生命。为了寻找太阳系外生命存在的证据,科学家不得不采取一些容易实现目标的方法,简单来说,可以根据行星表面是否有足够温暖的液态水,以及大气中是否有足够的氧气来判断某颗行星是否“适合居住”。

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这种方法并不意味着是正确的,因为现有检查遥远行星的方法在很大程度上是间接的,而且地球只是我们所知道的唯一能够支持生命的行星。如果一个拥有充足氧气的行星不能保证产生生命,那么会怎样呢?根据约翰霍普金斯大学的一个研究小组的一项新研究,情况可能是这样的。

这个团队模拟了实验室环境中太阳系外行星的大气,用以证明氧气不一定是生命存在的标志。我们知道,在地球上,氧气大约占大气约21%,这是光合作用的结果,光合作用在24.5亿年前的大氧化事件中达到顶峰。这一事件彻底改变了地球大气的成分,从一个由氮气、二氧化碳和惰性气体组成的大气层变为了我们今天所知道的氮氧混合物。

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由于氧气对地球上复杂生命形式的出现至关重要,在寻找地球以外生命的可能迹象时,氧气常常被认为是生物存在最重要的特征之一。现在仔细想想,氧气只是地球上一些植物和细菌的产物,被昆虫和哺乳动物等复杂生命体所消耗。

在实验中,有很多科学家不知道不同的能源如何引发化学反应,以及这些反应如何产生像氧气这样的生物特征。虽然研究人员在计算机上运行光化学模型,以预测系外行星的大气层可能会产生什么,但是在实验室环境中的模拟缺乏真实。

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科学家利用特别设计的行星雾霾室进行模拟,首先他们创造了9种不同气体混合物来模拟系外行星的大气层。这些混合物所模拟的大气与我们星系中最常见的两种系外行星——超级地球和微型海王星的大气一致,每种混合物由二氧化碳、水、氨气和甲烷组成,然后从27℃逐渐加热到370℃。

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然后通过复杂的调整,使用交流电模拟电活动,如闪电或者高能粒子,紫外线模拟来自太阳的阳光。在连续实验三天后,研究人员用质谱仪测量并鉴定了所得到的分子,他们发现,在多种情况下都会产生氧和有机分子。简言之,氧气和产生生命的原材料都可以通过简单的化学反应得到。

人们过去常常认为,氧气和有机分子共同存在就表明了生命的存在,但是事实是,在多次模拟中以非生物的方式也能产生它们。

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这项研究对于寻找太阳系外的生命可能具有重大意义,在未来,或许科学家研发出更强大的望远镜和其他仪器,我们就能直接观察到系外行星的大气层原始样貌,并从它们的大气层中获得光谱。当这成为现实时,氧气的存在可能就要被重新考虑为可居住性的潜在标志了。


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