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只看氧气找宇宙生命体? 固有定义要打破!

作者:admin 人气: 发布时间:2018-06-13
摘要:我们人类是需要依靠氧气才能够呼吸和生存的,因此我们在寻找外形生命体的时候,总是固有的感觉应该从寻找氧气开始。但是,如果外星生命体并不是依靠氧气生存的呢? 在寻找地外
我们人类是需要依靠氧气才能够呼吸和生存的,因此我们在寻找外形生命体的时候,总是固有的感觉应该从寻找氧气开始。但是,如果外星生命体并不是依靠氧气生存的呢?
在寻找地外生命的过程中,天文学家一直把系外行星大气中的氧气作为一种重要的生物特征,这可以较为容易地通过未来的天文望远镜探测到,如哈勃太空望远镜的继任者詹姆斯?韦伯太空望远镜(JWST)。
 
构成我们大气20%的氧气必定会给任何外星天文学家提供地球上存在生命的线索。这是因为有很多方法可以去除氧气(包括与火山气体的反应,溶解在雨水中或大陆岩石的氧化风化),但只有一种明确的方法来补充它,即通过光合作用。
 
因为太阳提供了充足的光能量,所以维持空气中呼吸所需氧气含量的光合作用规模才有可能。然而,像JWST这样未来的系外行星探索设施将会把重点放在温度更低的中型矮星上。
 
行星科学家Owen Lehmer想知道像著名的有7颗行星的TRAPPIST-1矮星是否可以支持一个足够规模的光合作用生物圈来改变一个系外行星的大气层到我们可以探测到的程度上。
 
在地球上,大多数进行制氧光合作用的生物体利用波长在400-750纳米之间的光,波长较长意味着每单位光的能量更低。
 
一些生物通过改变光合作用过程来使用更长的波长,达到1020纳米。然而,实验室试验未能从波长超过1100纳米的光子发现启动光合作用的任何重要的电子激发,所以使用的波长似乎不可能比1020纳米更远。
 
Lehmer表示,似乎地球上的生物已经达到了实验室里的类似极限。考虑到像TRAPPIST-1这样的中型矮星发出的光主要是在能量较弱的红外线和近红外光谱中,其波长在700-1000纳米之间,所以这可能是一个问题。
 
为了进一步研究,Lehmer和同事利用模拟现代地球,并将其朝向水瓶座方向移动了40光年,让它绕着TRAPPIST-1运转。然后他们使用了各种模型,包括1970年的一种模型,它显示了为什么地球上的植物是绿色的,来探索轨道距离和恒星类型如何影响进行光合作用的光子。
 
研究小组考虑了制氧的四个光子波长限制,包括目前在自然界中发现的最高水平,以及对于可检测的电子跃迁,更高的实验室数据。最后,他们把这些应用到模型地球上,模型地球定位在TRAPPIST-1周围不同轨道距离上,以及其他不同温度的假想中型矮星周围。
 
研究结果显示,即使在最有效的系统演化中,中型矮星的低能量光输出会下降到一定程度,缺乏足够的光子吸收来启动光合作用反应。
 
在TRAPPIST-1的模拟中,研究小组发现它的三颗宜居带行星都没有足够的光线来维持地球的陆地生物圈。
 
地球上的制氧生物在光合作用过程中,在400-750纳米范围内每个CO2分子使用8个光子,但适应一颗类似TRAPPIST-1的恒星发光的生物体,每个CO2分子需要多达24-36个光子,降低了它们产生燃料的能力,以及顺带排放的氧气。
 
Lehmer表示,这并不是说光合作用不在中型矮星周围发生,或者通过其他过程释放能量的生命不存在。但是,如果把氧气作为生物特征来寻找生命,就会对形成它的过程做一个设想。论文显示中型矮星的光辐射会限制光合作用改变大气达到我们能注意到的程度的能力。
 
麻省理工学院的行星科学家Sara Seager表示,在过去的几年里,每个人都在说氧是一个很好的生物特征。但氧的光合作用可以在其他行星上进化,就像它曾在地球上进化的那样,这样我们永远也不会发现它。这很有趣,并且也是他坚持寻找和描述绕类太阳恒星运行的岩质行星的一个原因。
 
然而,我们不知道另一个星球上的生命会是什么样子。在有实际的观测之前,他不会以这样或那样的方式来看待围绕着中型矮星运行的行星上的生命和生物特征气体。对于现在,也许未来的十年或二十年里,围绕着中型矮星运行的小行星是天文学家唯一能接触到的行星。
 
Lehmer认为我们应该集中探索这些较低温度的恒星系统来寻找所谓的不平衡的生物特征,即系外行星周围不应该共存的气体,这能表明有什么东西在补充一种气体或两者都有。
 
如果我们观察地球,会发现甲烷和氧气,它们应该在几百年的时间里就反应没了,但它们仍然存在,因为它们是由生命补充的。Lehmer表示,我们也许不太可能找到氧气,所以我们不应该把所有的鸡蛋都放在一个篮子里,应该考虑其他选择。
 
所以说,在探秘任何事物的时候,我们都应当将自己的思维打开,不要总是用固有的定义去思考问题。只有这样,我们才能够发现宇宙的奥秘。
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