太陽系外惑星の酸素は必ずしも生命の存在を意味するわけではありません

他の惑星での生命の探索において、惑星の大気中の酸素の存在は、将来の望遠鏡によって検出される可能性のある生物学的活動の潜在的な兆候の1つです。しかし、新しい研究は、太陽のような星の周りの生命のない岩の惑星がその大気中に酸素を持っているように進化する可能性があるいくつかのシナリオを説明しています。

AGU Advancesに発表された新しい結果は、酸素の検出に加えて、惑星環境を特徴づけ、生命の証拠の複数の行を探すことができる次世代望遠鏡の必要性を強調しています。

「これは、生命のない大気中で酸素を得る方法があることを示しているので便利ですが、これらの誤検出を実際の生活と区別するのに役立つ他の観察結果があります」と研究著者のジョシュア・クリサンセンは述べています。 「シナリオごとに、通常の酸素と生物学的酸素を区別するために望遠鏡が何をしなければならないかをお伝えしようとしています。」

今後数十年で、おそらく2030年代の終わりまでに、天文学者は、太陽のような星の周りの潜在的に地球のような惑星の直接画像とスペクトルをキャプチャできる望遠鏡を持つことを望んでいます。

天文学と天体物理学の教授であり、UCLAのその他の世界研究所の所長である共著者のジョナサン・フォートニーは、このアイデアは、生命が発生し、大気を特徴づけるのに十分なほど地球に似た惑星をターゲットにすることであると述べました。

「酸素を見つけることが生命の「十分な」兆候であるかどうかについて多くの議論がありました」と彼は言いました。 「この作品は、あなたの発見の文脈を知る必要性を本当に証明しています。酸素以外に発見された、または発見されていない他の分子は何ですか、そしてこれは惑星の進化についてあなたに何を伝えますか？」

これは、天文学者が惑星の大気中のさまざまな種類の分子を検出するために、広範囲の波長に敏感な望遠鏡を必要とすることを意味します。

研究者たちは、岩石惑星の進化の詳細なエンドツーエンドの計算モデルに基づいて発見しました。それらの溶融起源から始まり、数十億年の冷却と地球化学的サイクルを経ています。モデル惑星での揮発性物質の初期供給を変化させることにより、研究者たちは驚くほど幅広い結果を得ました。

高エネルギーの紫外線が上層大気の水分子を水素と酸素に分解すると、惑星の大気中に酸素が蓄積し始める可能性があります。軽水素は好ましくは宇宙に逃げ、酸素を残します。

他のプロセスは、大気から酸素を取り除くことができます。たとえば、溶融した岩石からのデガッシング中に放出された一酸化炭素と水素は酸素と反応し、岩石の風化も酸素を吸収します。これらは、研究者が岩石惑星の地球化学的進化のモデルに組み込んだプロセスのほんの一部です。

「揮発性物質の最初の供給であると私たちが考える地球のモデルを実行すると、毎回同じ結果が確実に得られます。生命がなければ、大気中に酸素が供給されません」とJoshuaChrissansen氏は述べています。 「しかし、生命がなくても酸素を摂取できるシナリオもいくつか見つかりました。」

たとえば、他の点では地球に似ているが、より多くの水で始まる惑星は、地殻に途方もない圧力をかける非常に深い海を持つことになります。これにより、大気から酸素を除去する岩石の融解や風化などのすべてのプロセスを含む、地質学的活動が効果的に停止されます。

反対の場合、惑星が比較的少ない水で始まるとき、水が大気中に残っている限り、最初に溶けた惑星のマグマ表面はすぐに固化することができます。この「蒸気雰囲気」は、上層大気に十分な水を入れて、水が分解して水素が放出されるときに酸素が蓄積できるようにします。

「典型的なシーケンスは、マグマの表面が表面の海への水の凝縮と同時に固化することです」とJoshuaChrissansenは言いました。 「地球上では、水が表面に凝縮したとき、漏れ率は低かった。しかし、溶融表面が固化した後も蒸気雰囲気を維持すると、上層大気は水分濃度が高く、生成された酸素を消費する溶融表面がないため、酸素が蓄積できる約100万年のウィンドウがあります。水素の放出。」

大気中の酸素につながる可能性のある3番目のシナリオには、他の点では地球に似ているが、二酸化炭素と水との比率が高い惑星が含まれます。