观测系外行星,为何甲烷比起氧气是更强力的“生命特征”

让天文学家盼望了十几年的詹姆斯·韦伯太空望远镜预计今年3月发射升空,它的工作之一便是观测系外行星的大气并寻找生物特征成分——氧气对吧?实际上,氧的存在不一定是最可靠的生命指标,或许甲烷才是。

寻找地外生命时,在行星大气中寻找氧的特征似乎显而易见,但地球的历史告诉我们事实并非如此。当今地球的大气中约含21%的氧气,大部分来自生物的光合作用产生,不过整整花了约10亿年累计。如果我们观察一颗系外行星,因为没有发现氧气而略过它,或许会错过蓝绿藻才刚诞生的星球。

在最新的研究中,科学家分析了甲烷之于生命指标的有效性。他们表示,行星大气中的大量甲烷不太可能来自火山活动,并且很可能与生命起源相关。研究人员使用热力学模型分析类地行星的火山活动是否会将甲烷和二氧化碳排放到大气中,他们发现火山不太可能产生与生物来源相当数量的甲烷。

古代地球的火山活动非常活跃,当时产生的岩浆可能是现代地球的25倍。(Source:Tim Bertelink,CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

这主要是因为氢倾向留在岩浆中,限制了火山活动排出的氢,也限制了行星大气中甲烷的含量。另一个原因是甲烷较容易从低温的岩浆溢散,而地球大部分的岩浆温度较高。如果甲烷真的因为火山活动大量产生,也应该会有相应的二氧化碳产生,如果在系外行星的大气中检测到大量甲烷而没有相应的二氧化碳,将有可能是强烈的生命特征。

研究人员也表示,这项研究是基于我们对地球和太阳系中其他岩质天体的了解,能否应用在太阳系以外需要更多谨慎的分析来验证。

发表评论