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詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可以在尋找外星生命的過(guò)程中尋找“低碳”系外行星大氣

發(fā)布時(shí)間：2025-12-10 00:09:21 來(lái)源：骨軟筋酥網(wǎng) 作者：知識(shí)

不同系外行星的插圖。(圖片鳴謝:uux.cn/麻省理工學(xué)院克里斯汀·丹尼洛夫；iStock)
（神秘的詹姆找外中尋找系地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（羅伯特·李）：當(dāng)涉及到探測(cè)太陽(yáng)系以外的行星上液態(tài)水的存在，以及生命所需的斯韋條件時(shí)，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)可能想尋找缺失的伯太東西，而不是空望可尋那里有什么。這是遠(yuǎn)鏡它的意思。
包括麻省理工學(xué)院(MIT)和伯明翰大學(xué)科學(xué)家在內(nèi)的星生星一組研究人員提出，如果太陽(yáng)系以外像地球這樣的過(guò)程巖石世界的大氣中二氧化碳含量低于同一系統(tǒng)中的其他行星，這可能是外行它們擁有液態(tài)水的跡象。正如我們從我們自己的低碳星球上生命的形成以及支持生命所需的條件中所知，液態(tài)水的詹姆找外中尋找系存在是潛在可居住性的關(guān)鍵指標(biāo)。
盡管尋找表明太陽(yáng)系外行星或系外行星可居住性的斯韋關(guān)鍵化學(xué)成分僅是當(dāng)前技術(shù)力所能及的，但枯竭的伯太二氧化碳是JWST號(hào)現(xiàn)在準(zhǔn)備好發(fā)現(xiàn)的一個(gè)標(biāo)志。
“系外行星科學(xué)的空望可尋圣杯是尋找可居住的世界和生命的存在，但迄今為止談?wù)摰倪h(yuǎn)鏡所有特征都超出了最新天文臺(tái)的范圍，”探索小組成員、麻省理工學(xué)院行星科學(xué)助理教授朱利安·德威特在一份聲明中說(shuō)。“現(xiàn)在我們有辦法發(fā)現(xiàn)另一個(gè)星球上是否有液態(tài)水。這是我們?cè)谖磥?lái)幾年可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”
探索系外行星生命的路線圖
目前，科學(xué)家非常擅長(zhǎng)使用儀器來(lái)確定一顆行星距離其主恒星有多遠(yuǎn)，從而確定它是否在該恒星的“可居住區(qū)”——定義為既不太熱也不太冷的區(qū)域，不允許液態(tài)水的存在。
然而，在我們自己的太陽(yáng)系中，地球、火星甚至金星都在太陽(yáng)周?chē)目删幼^(qū)。然而，據(jù)我們所知，這些行星中只有一個(gè)目前有能力支持生命。這意味著可居住性和為系外行星保存液態(tài)水并不全是位置、位置、位置。因此，目前，科學(xué)家們沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)有力的方法來(lái)確認(rèn)一顆行星是否適合居住。
考慮到地球、火星和金星以及這三者之間的差異，該團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，與可居住區(qū)的鄰居相比，唯一具有可居住性的地球也有一個(gè)二氧化碳耗盡的大氣層。
“我們假設(shè)這些行星是以類似的方式產(chǎn)生的，如果我們現(xiàn)在看到一顆碳含量少得多的行星，它一定去了某個(gè)地方，”特里奧指出。“唯一能從大氣中去除這么多碳的過(guò)程是一個(gè)包含液態(tài)水海洋的強(qiáng)水循環(huán)。”
在數(shù)十億年的過(guò)程中，我們星球的海洋消耗了大氣中大量的二氧化碳，這意味著現(xiàn)在它比金星或火星還要少。
“在地球上，大部分大氣二氧化碳在地質(zhì)時(shí)間尺度上被隔離在海水和固體巖石中，這有助于調(diào)節(jié)氣候和可居住性數(shù)十億年，”研究合著者、伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)的科學(xué)家弗里德·克萊恩在聲明中說(shuō)。
這使得研究小組認(rèn)為，系外行星大氣中二氧化碳的類似損耗也可能表明液態(tài)海洋的存在。
用這些參數(shù)進(jìn)行搜索最適合“豆莢里的豌豆”行星系統(tǒng)，它們像太陽(yáng)系一樣，擁有多個(gè)大小相似的巖石或陸地世界，以相似的距離圍繞其恒星運(yùn)行。
研究小組建議調(diào)查的第一步是尋找二氧化碳，并以此作為系外行星目標(biāo)有大氣層的指標(biāo)。一旦確定一個(gè)系統(tǒng)中的多個(gè)行星有大氣層，下一步將是確定大氣層中有多少二氧化碳。
這將揭示一個(gè)或多個(gè)行星的二氧化碳含量是否明顯低于其他行星，這表明它可能有液態(tài)水的海洋，因此可以居住。
當(dāng)然，這種方法不僅僅是比較二氧化碳的豐度。“適宜居住”不等于“有人居住”為了檢驗(yàn)生命是否真的存在于缺乏二氧化碳的系外行星上，研究小組建議尋找另一種分子:臭氧。
臭氧由三個(gè)氧原子組成，是植物和微生物等生命形式從地球大氣中吸收二氧化碳，然后釋放出受陽(yáng)光照射的氧分子時(shí)產(chǎn)生的分子。臭氧是衡量外星世界這些過(guò)程的一個(gè)很好的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵谶b遠(yuǎn)的系外行星的大氣中比氧氣本身更容易檢測(cè)到。
該團(tuán)隊(duì)表示，如果一顆行星的大氣顯示出二氧化碳耗盡、臭氧豐富的跡象，那么它很可能既適合居住，也有人居住。
“如果我們看到臭氧，它很有可能與生命消耗的二氧化碳有關(guān)，”特里奧補(bǔ)充道。“如果這是生活，這是光榮的生活。這不僅僅是一些細(xì)菌。這將是一種行星規(guī)模的生物質(zhì)，能夠處理大量的碳并與之相互作用。”
研究人員認(rèn)為，JWST已經(jīng)能夠測(cè)量接近地球的多行星系統(tǒng)中二氧化碳和臭氧的豐度。
這包括位于40光年之外的TRAPPIST-1系統(tǒng)，該系統(tǒng)已知擁有7顆類地行星，其中幾顆位于其冷恒星的可居住區(qū)。
“TRAPPIST-1是少數(shù)幾個(gè)我們可以用JWST進(jìn)行地面大氣研究的系統(tǒng)之一，”de Wit總結(jié)道。“現(xiàn)在我們有了尋找可居住行星的路線圖。如果我們齊心協(xié)力，未來(lái)幾年內(nèi)就能完成顛覆性的發(fā)現(xiàn)。”
該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)表在12月28日的《自然天文學(xué)》雜志上。

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