为了寻找外星生命，科学家们开发了一种检测系外行星上氧气的新方法

含氧大气的含水系（左）和干系（右）系外行星的概念性图像。红色球体是系外行星绕其旋转的M矮星。干燥的系外行星更靠近恒星，因此恒星看起来更大。

科学家们已经开发出一种新的方法来检测系外行星大气中的氧气，这可能会加速生命的搜寻。

生命或生物特征的一种可能指示是系外行星大气中存在氧气。当植物，藻类和蓝细菌等生物体通过光合作用将阳光转化为化学能时，地球上的生命便会产生氧气。

UC Riverside帮助开发了这项新技术，该技术将使用NASA的James Webb太空望远镜来检测氧气分子碰撞时产生的强烈信号。这个信号可以帮助科学家区分活行星和非活行星。

由于系太阳系以外的恒星的系外行星距离我们很远，科学家无法通过访问这些遥远的世界来寻找生命的迹象。相反，他们必须使用像韦伯这样的尖端望远镜来观察系外行星大气中的物质。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的托马斯·法赫兹（Thomas Fauchez）说：“在工作之前，韦伯无法检测到与地球上相似水平的氧气。”“这种氧气信号自1980年代初期以来就被地球的大气研究所了解，但从未进行过系外行星研究的研究。”

加州大学河滨分校的天体生物学家爱德华·施维特曼最初提出了一种类似的方法来检测非生命过程中的高浓度氧气，并且是开发此技术的团队的成员。他们的工作今天（2020年1月6日）发表在《自然天文学》杂志上。

施维特曼说：“氧气是与生命联系在一起的最令人兴奋的分子之一，但我们不知道生命是否是大气中氧气的唯一起因。”“这项技术将使我们能够在活着的和死亡的行星中找到氧气。”

当氧分子相互碰撞时，它们会阻挡一部分红外光谱，使之无法被望远镜看到。通过检查光线的模式，他们可以确定行星大气的组成。Schwieterman帮助NASA团队计算了这些氧气碰撞会阻挡多少光。

有趣的是，一些研究人员提出，氧气也可以使系外行星看起来像不存在一样，因为它可以在没有任何生命活动的情况下积聚在行星大气中。

如果系外行星离它的宿主恒星太近或接收到太多的恒星光，那么大气就会变得非常温暖，并充满来自蒸发海洋的水蒸气。然后，这种水可以被强烈的紫外线分解成氢原子和氧原子。氢是轻原子，非常容易逸出太空，留下氧气。

随着时间的流逝，这种过程可能会导致整个海洋流失，同时建立起浓厚的氧气气氛，甚至比生命造成的损失还要多。因此，系外行星大气中充沛的氧气不一定意味着充沛的生命，而可能表示失水的历史。Schwieterman告诫说，天文学家还不确定这个过程在系外行星上可能有多广泛。

他说：“重要的是要知道死行星是否以及有多少会产生大气中的氧气，这样我们才能更好地识别出行星何时还活着。”

Schwieterman是UCR的客座博士后，不久将开始担任地球与行星科学系的天体生物学助理教授。

这项研究获得了戈达德的卖方系外行星环境合作组织的资助，该组织部分由NASA行星科学部的内部科学家资助模型资助。该项目还获得了欧盟Horizo​​n 2020研究与创新计划的资助，该计划由Marie Sklodowska-Curie Grant，NASA太空生物学研究所替代地球团队以及NExSS虚拟行星实验室共同资助。

韦伯将于2021年发射升空，它将成为世界上最重要的太空科学天文台。它将使科学家能够解决我们太阳系中的奥秘，超越其他恒星周围的遥远世界，并探究我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。

参考：Thomas J. Fauchez，Geronimo L. Villanueva，Edward W. Schwieterman，Martin Turbet，Giada Arney，Daria Pidhorodetska，Ravi K. Kopparapu，Avi Mandell和Shawn D. Domagal等人“通过中红外碰撞吸收对行星外氧气进行敏感探测” -戈德曼（Goldman），2020年1月6日，自然天文学。
10.1038 / s41550-019-0977-7

美国宇航局戈达德太空飞行中心的Bill Steigerwald和Nancy Jones对本文做出了重要贡献。