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检测地球以外星球上的生命将是有史以来最酷的事情之一!在我们的论文中,我们谈到了检测其他呼吸出氧气的行星上的生命迹象。尽管此策略只能检测类似地球的生命,但这是一个很好的起点。为此,我们要问两个问题。这种气氛中是否包含只有生命才能产生的气体,例如氧气或二氧化碳?开始时大气中有多少“东西”?
在我们自己的太阳系中,火星和金星的大气与二氧化碳的比例大致相同,但火星的总压力为35毫巴,约比地球上的压力低倍。与金星相比,这非常小,金星约为90巴,是地球上的90倍。这种压力差导致金星比火星热得多。因此,火星比地球冷得多,部分原因是它的低压。能够测量大气压力以确定行星的温度以及该行星是否存在生命至关重要。本文中介绍的技术可用于测量生命迹象和其他恒星周围一些行星的大气压力。
一个典型的“生物签名”或生命的标志是行星大气中存在三种气体-氧气,臭氧和甲烷。氧气和臭氧具有很高的反应性,这意味着它们很容易参与化学反应。如果存在来自行星表面的大量此类气体,则只能有两种这样的反应性气体。除了生命之外,我们没有其他机制共同导致氧气,氧气和甲烷。非生物系统或非生命系统,如火山或间歇泉,不能同时产生大量的氧气和甲烷。
无论如何,单独检测大量氧气或臭氧将是在另一个星球上进行的非常有趣的测量,但这是非常具有挑战性的。我们讨论了一种通过其二聚体分子检测氧气的新方法。什么是二聚体?氧原子成对传播(这就是为什么将其缩写为O2的原因),称为单体,但是当您有两组对时,就会有一个二聚体。
当大气中有很多氧分子时,一些分子偶尔会粘在一起,形成O2-O2“二聚体分子”一会儿。通常,另一个分子会与它碰撞,然后将其分解成更常见的O2“单体分子”。我们描述了如何使用计划发射的JamesWebb太空望远镜在较长的星际距离上检测该O2-O2二聚体分子在年。我们应该能够在不久的将来使用这种方法确定氧气的存在。
事实证明,测量O2二聚体分子的相同技术也可能告诉我们地球上的总大气压力。这是令人兴奋的,因为如前所述,大气压可以对行星的生存状况产生很大的影响。这是可能的,因为O2-O2的形成和破坏都取决于大气中“物质”的数量。你问什么样的东西?主要是碎屑,灰尘和任何其他可能会碰到氧气二聚体的化学物质。
O2-O2的形成取决于O2分子相互碰撞的频率。它们的碰撞量告诉我们大气中O2的百分比。试想一下一个拥挤的聚会-当聚会中有更多人时,人们会互相撞撞。类似地,一定空间中的气体分子数量决定了气体的压力。
氧气二聚体碰到大气中的任何其他分子都会被破坏。通过测量行星大气中的O2和O2-O2,我们可以通过观察破坏了多少二聚体氧气来大致预测大气的总压力。这种方法有其局限性,因为它仅适用于围绕有大量O2的非常小的恒星运行的近轨道行星,它仍然非常酷,因为使用现有技术是可行的,并且可以帮助我们检测其他行星上的生命!