替代地球——维持生命的秘密

岩石Exoplanet Kepler-186f

艺术家对岩石外延的印象 - 186f是一个最有希望的星球候选人可能是可居住的,但是如何与地球相比相似或不同,以便能够支持生活?信用:美国宇航局/艾米斯/ Seti Institute / JPL-CALTECH。

三十亿年前,地球是一个完全不同的地方。当时照射在地球海洋和大陆上的太阳不像现在这么明亮,而且甲烷在包裹着我们年轻星球的气层中扮演着更重要的角色,而不是人类赖以生存的富氧大气。尽管存在差异,这个早期的地球和我们现在的地球有一些重要的共同点:它们都可以支持生命。

在地球存在的大部分时间里,一直有人居住。但如果研究人员远程分析年轻地球的大气层,他们可能会错过生命存在的证据。

加州大学河滨分校(University of California, Riverside)地球与行星科学系教授蒂莫西·莱昂斯(Timothy Lyons)说:“地球由许多不同的东西组成。”“这是一个了不起的故事,我们的星球能保持适宜居住这么长时间。”

里昂走在美国国家航空航天局天体生物学yabo124研究所的“替代地球”研究小组,研究人员正在描述地球在其45亿年存在的不同阶段。

“我们正在寻找地球的过去,优化我们寻找生物的能力[生活中的化学指纹]超越我们的星球和太阳系之外,”他说。“它是我们最感兴趣的索波行星。”

目前,有超过4000个已知的系外行星数千人再等待确认。科学家正在开发远程方法,看看这些行星是否可能居住,甚至居住。任何遥远的寿命的签名都很可能在属于一个气氛的气体中找到太阳系外行星

30亿年前的地球

这是艺术家对30亿年前地球的印象,那时我们的星球是一个非常不同的地方,但仍然是原始生命形式的主人。信贷:西蒙·马奇/ NASA。

地球的变化

虽然地球是宇宙中已知的唯一有生命存在的地方,但在我们的家园之前,还有许多其他版本的地球,随着时间的推移而变化,这也让生命得以生存和繁荣。

“在40多亿年的时间里,地球上有海洋,而我们在大部分时间里也有生命,然而地球在其历史上发生了如此深刻的变化,”里昂说。

通过替代地球研究计划,该团队能够“以其可居住和居住的地球的不同国家的这种收集的知识,并将这一了解更高 - 字面上 - 对遥远的星球的气氛。”

通过结合不同时期地球大陆、海洋和大气的地质、化学和生物学数据,“替代地球yabovip2021”团队正yabo124在模拟早期地球大气的样子,部分是基于与海底海洋生命的关系。这种模拟古代大气并将所学到的经验推广到遥远行星周围的大气的能力,对于寻找太阳系以外的潜在宜居行星至关重要。

“地球已经教会了我们许多不同的教训,”里昂说。“(我们的研究)本身并不是在寻找另一个地球。更重要的是寻找一颗可以维持生命的行星的不同部分。一旦你知道了这些过程在像地球这样的行星上的作用,你就可以将它们整合到无数其他行星场景中,这些场景可能也可能不能够做同样的事情。”

具体来说,该团队正在通过从岩石中收集数据来研究三个不同的古代地球,从而绘制出那个时代地球的地质、化学和生物学图片。yabovip2021yabo124特别有趣的章节跨度从32亿年前到24亿年前,那时最早的生命形式开始通过光合作用向大气中释放氧气;24亿至20亿年前,当“大氧化事件”发生时,氧气淹没了地球的大气和海洋;20亿到5亿年前,生命变得越来越复杂,为生物进化成今天栖息在地球上的生物创造了条件。

“了解我们自己的星球的演变,包括稳定性的阶段以及动荡的剧集,是理解我们可能在宇宙中可能遇到的可居住行星和生活的多样性的重要第一步,”团队成员芝加哥大学斯蒂芬妮奥尔森。奥尔森专门研究早期地球海洋和大气之间的相互作用。

NASA的James Webb Space Telescope将能够探测Exoplanet Atmospheres

遥远的外延植物可能有不同的生物是现今的地球。美国宇航局的James Webb Space Telescope将能够探测Exoplanet气氛来寻找这些生物充分症。来自早期地球的生物炎,给我们一些线索来寻找什么?信用:约书亚克里斯森 - 托顿/美国宇航局。

可居住的蓝图

研究人员还可以调整他们的行星模型,为可能有居住的外产上的外部网图创造无限数量的蓝图。例如,它们可以使用可以加速行星旋转的模型,调整其轴的倾斜,将所有大陆放入一个半球(或完全拆下它们),或者允许行星的一侧连续地面对其明星。大陆是海洋居住地的一个组成部分。通过陆地表面的风化,营养成分进入海洋,以滋养其中的生活,这些山地的位置和高度改变了这些营养素如何移动到海洋。

奥尔森说:“这些因素也会影响海洋和大气之间的交流,从而影响海洋中生命的可探测性。”“了解行星参数如何影响生物活动和海洋-大气连接性,可以帮助确定最有希望的外星生命检测目标,这将是最不容易受到生物特征假阴性的影响。”

假阴性的可能性 - 当外产上实际上有生命但寿命逃脱检测的签名 - 迷人的地球队。

2017年的一篇论文由乔治亚理工学院的克里斯·莱因哈德(Chris Reinhard)领导的“替代地球”研究小组指出,在寻找宜居行星的过程中存在误报的危险。大气中同时存在甲烷和氧气一直被视为寻找遥远生命的黄金标准。这两种气体不应该同时存在,因为它们彼此反应迅速,但生物可以不断地在大气中补充它们,使这种不平衡持续下去。

然而,如果研究人员对早期地球的大部分(如果不是全部的话)历史进行研究,他们可能无法在远古的大气中探测到甲烷和氧气,尽管生命在那一时期的大部分时间里都存在。

Reinhard和他的同事写道:“在地球过去25亿年的历史中,(探测)大气中的甲烷一直是个难题。”对于有海洋的岩石世界,比如地球,这些气体可以在海洋中循环,而不是在大气中被检测到。他们写道,这种可能性意味着“最有利于发展和维持普遍生物圈的行星,比如那些具有风化大陆和广阔海洋的行星,往往很难用常规大气生物特征来描述它们的特征”。

另外,即使存在氧气和甲烷,它们也不一定是生命的产品。

氧气可以是光合作用的结果,微生物产生甲烷,但它们也可以通过光化学和地质过程形成。事实上,美国国家航空航天局天体生物学yabo124研究所有一个研究小组通过地质反应而不是生物反应来研究甲烷的产生。

“这些反应的产物可以维持海洋世界的生命,但气体本身可能与生命无关,”里昂说。“没有严格的背景,你无法评估这些气体意味着什么。”

奥尔森补充道:“我们通常认为可居住性是双重的:一颗行星要么支持生命,要么不支持,但可能存在一系列可居住性。”

氧的替代物

“替代地球”研究小组的研究人员正在结合他们对地球不同状态的了解,利用他们的数据和相关的计算机模拟,生成科学家应该在系外行星周围寻找的化学指纹或合成光谱的例子。

里昂指出,在寻找其他行星上的生命时,臭氧和季节性尤为重要。

我们是臭氧的超级粉丝因为可以比[分子]氧气的光谱技术更容易地检测到[o2]“ 他说。“我们希望寻找臭氧及其时间可变性作为O的代理2及其季节性。”

利用传统的生命检测方法发现可能存在的假阴性,这促使研究小组去思考新的、甚至可能更有力的生命迹象。“这是最有趣的部分,”里昂说。

而阿2可能很难从遥远的地球上探测到,臭氧是由什么形成的O.2,可能没有。地球的历史告诉我们如何选择可能的外行星目标来探测生命,这只是其中的一个例子。

然而,如果天体生物学家希望能够在系外行星上寻找臭氧,他们需要推动将这些实验纳入未来的任务中。

“我们只开始从其他行星中获取数据,”Lyons说。“将来获取来自这些行星的正确数据,我们现在需要开始计划。”

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