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La detección de metano en atmósferas de exoplanetas puede considerarse un signo convincente de vida

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:加州大学圣克鲁斯分校的一项新研究评估了行星的背景,在这种背景下,在系外行星的大气中检测到甲烷可以被认为是一个令人信服的生命迹象。

如果宇宙中存在大量的生命,那么大气层中的甲烷可能是天文学家可以检测到的地球以外的第一个生命迹象。尽管非生物过程可以产生甲烷,但加州大学圣克鲁斯分校的科学家们的一项新研究确定了一系列情况,在这些情况下,可以将生物活动作为岩石行星大气层中甲烷的来源,这一点很有说服力。

这一点尤其值得注意,因为甲烷是少数几个潜在的生命迹象或“生物特征”之一,可以通过詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)轻易探测到,该望远镜将在今年晚些时候开始观测。

加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学研究生、这项新研究的主要作者 Maggie Thompson说:“氧气经常被谈论为最好的生物特征之一,但它可能很难被JWST探测到。”

尽管之前有一些关于甲烷生物特征的研究,但是对于甲烷成为一个好的生物特征所需的行星条件,还没有一个最新的、专门的评估。Thompson说:“我们想提供一个解释观察结果的框架,所以如果我们看到一个有甲烷的岩石行星,我们知道还需要哪些观察结果才能成为一个有说服力的生物信号。”

这项研究于3月28日发表在《美国国家科学院院刊》上,研究了甲烷的各种非生物来源,并评估了它们维持富含甲烷的大气的潜力。这些包括火山;在洋中脊、热液喷口和构造俯冲区等环境中的反应;以及彗星或小行星撞击。

甲烷作为生物标志物的理由是它在大气中的不稳定性。由于光化学反应破坏了大气中的甲烷,它必须被稳定地补充以保持高水平。

“如果你在一个岩石行星上检测到大量的甲烷,你通常需要一个巨大的来源来解释,”共同作者、加州大学旧金山分校的研究员Joshua Krissansen-Totton说。“我们知道生物活动在地球上创造了大量的甲烷,而且可能在早期地球上也是如此,因为制造甲烷是一件相当容易代谢的事情。”

然而,非生物来源不可能产生那么多的甲烷而不产生关于其起源的可观察的线索。例如,火山喷发的气体会将甲烷和一氧化碳都添加到大气中,而生物活动往往很容易消耗一氧化碳。研究人员发现,非生物过程不容易产生富含甲烷和二氧化碳的宜居行星大气,而几乎没有一氧化碳。

这项研究强调,在评估潜在的生物特征时,需要考虑整个行星的背景。研究人员的结论是,对于围绕类似太阳的恒星运行的岩质行星,如果大气层也有二氧化碳,甲烷比一氧化碳更丰富,并且可以排除极其丰富的行星成分,那么大气层中的甲烷更有可能被认为是生命的强烈迹象。

“一个分子是不会给你答案的--你必须考虑到行星的全部背景,”Thompson说。“甲烷是拼图中的一块,但是要确定一个星球上是否有生命,你必须考虑它的地球化学,它如何与它的恒星相互作用,以及在地质时间尺度上能够影响一个星球大气的许多过程。”

该研究考虑了“假阳性”的各种可能性,并提供了评估甲烷生物特征的准则。

Krissansen-Totton说:“有两件事可能会出错--你可能会把一些东西误解为生物特征而得到一个假阳性,或者你可能会忽略一些真正的生物特征。通过这篇论文,我们想开发一个框架来帮助避免甲烷的这两个潜在错误。”

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Informes de Mysterious Earth uux.cn Según Science and Technology Daily Zhang Jiaxin: ¿Hay vida en otros planetas además de la Tierra?Es poco probable que la evidencia sea tan dramática como una nave extraterrestre que aterriza junto a la Torre Eiffel en París, y es más probable que provenga de observaciones de planetas distantes con sustancias químicas atmosféricas que sugieren actividad biológica.Un nuevo estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences el día 28 demuestra que si la vida es abundante en el universo, el metano en su atmósfera puede ser el primer signo detectable de vida más allá de la Tierra.

El metano es un gas traza importante en la atmósfera terrestre en niveles inferiores a 2 partes por millón."En la Tierra, la gran mayoría del metano es producido por la vida. La proporción de metano no producido biológicamente es insignificante", dijo Maggie Thompson, autora principal del nuevo estudio y estudiante graduada en astronomía y astrofísica en la UC Santa Cruz. .

Los investigadores señalan que el metano es una buena firma biológica.Primero, incluso si la bioquímica de la vida extraterrestre es completamente diferente a la de la biosfera de la Tierra, la metanogénesis es una estrategia metabólica simple y obvia para cualquier vida basada en el carbono, por lo que la vida en otros lugares no produce suficiente metano. Sorprendentemente.

En segundo lugar, el metano no duraría mucho en las atmósferas de los planetas rocosos habitables sin una reposición constante de organismos vivos.En la Tierra, el metano en la atmósfera es inestable y se destruye fácilmente mediante reacciones fotoquímicas, pero hay organismos en la Tierra que continúan reponiendo metano.

La tercera es que las fuentes de metano de los procesos abióticos, como el vulcanismo o las reacciones químicas en las dorsales oceánicas y los respiraderos hidrotermales, dificultan la recarga de metano.Por ejemplo, los gases liberados por los volcanes agregan metano y monóxido de carbono a la atmósfera, pero la actividad biológica tiende a consumir fácilmente monóxido de carbono.Por lo tanto, los procesos abióticos no pueden producir fácilmente atmósferas planetarias habitables ricas en metano y dióxido de carbono con poco monóxido de carbono tan fácilmente en la Tierra.

Los investigadores concluyeron que para un planeta rocoso que orbita una estrella similar al Sol, es más probable que se considere el metano atmosférico si el dióxido de carbono también está presente en la atmósfera, el metano es más abundante que el monóxido de carbono y un componente planetario extremadamente rico en agua puede ser excluido es un fuerte indicio de la existencia de la vida.

El estudio destaca que otros ambientes planetarios pueden ser muy diversos, y quizás otros procesos abióticos de producción de metano.

A diferencia de otras firmas biológicas potenciales, como el oxígeno en la atmósfera, el metano es uno de los pocos gases que se pueden detectar con el telescopio espacial James Webb.

相关报道:韦伯望远镜在寻找外星生命将需要追踪的东西:甲烷

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:当NASA的詹姆斯-韦伯太空望远镜于去年发射升空时感觉人类对宇宙的探索又多了一些希望。这不仅仅是一台望远镜,它是专门为揭开宇宙中最伟大、最令人费解的秘密而建造的。

据了解,韦伯望远镜的作用是阐明黑洞、确认我们对宇宙大爆炸的认识是正确的以及如果它们真的存在甚至可以找到外星生命的最初迹象。或许最大的谜团是,在宇宙中是否有人或有东西活着......或我们是否完全是孤独的。

为了解决这个问题,科学家们周一在《Proceeding of the National Academy of Science》上发表了一篇论文。这篇文章解释了韦伯在追寻外星生命时应该寻找的东西。针对这个问题,简短的答案是甲烷--一种拥有四个氢和一个碳的分子。但如果我们真的想完善我们的外星猎手手册,那么故事还有很多内容。

来自加州大学圣克鲁兹分校的天体物理学家、该研究的论文共同作者Joshua Krissansen-Totton在一份声明中说道:“有两件事可能会出错--你可能误解某些东西为生物特征,结果得到一个假阳性,或你可能忽略某些真正的生物特征。我们想开发一个框架以帮助避免跟甲烷有关的这两个潜在错误。”

退一步讲,为什么我们人类希望韦伯在系外行星上搜索甲烷,而不是,比如说氧气?要回答这个问题并不容易。韦伯发现生物特征也就是生命迹象的方式是通过捕捉光的吸收波长展开的。基本上,不同的分子或元素会吸收不同的波长--而大气中氧气的吸收特性是相当难以捕捉的。

加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家、这项新研究的论文第一作者Maggie Thompson在一份声明中说道:“氧气经常被谈论为最好的生物特征之一,但它可能很难被JWST探测到。”

从本质上讲,氧气可能潜伏在一颗系外行星上,但很容易被错过。但另一方面,甲烷并不难通过吸收机制被发现。另外,甲烷对我们星球上的生命相当重要,所以它也可能是一个很好的生命指标。

“如果你在一个岩石行星上探测到大量的甲烷,你通常需要一个巨大的来源来解释,”Krissansen-Totton说道,“我们知道生物活动在地球上创造了大量的甲烷,可能在早期地球上也是如此,因为制造甲烷是一件相当容易的新陈代谢的事情。换言之,地球上的生物过程--包括人体的生物过程--经常和容易释放甲烷。”

对这一点进行逆向工程并在宇宙中的某颗岩石行星上发现甲烷意味着一种生命体,甚至可能像我们一样,可能已经制造了甲烷。但要记住的是,该团队的目标是在韦伯扫描此类生命体时消除任何疑虑或假阳性。

Thompson表示:“一个分子并不能给你答案--你必须考虑到这个星球的全部情况。甲烷是拼图中的一块,但要确定一个星球上是否有生命你必须考虑它的地球化学、它如何与它的恒星相互作用以及在地质时间尺度上能够影响一个星球的大气的许多过程。”

虽然我们知道基于地球的生命肯定会产生甲烷,但一些非生命的东西也会产生这种分子。研究人员指出,火山、洋脊、热液喷口、甚至小行星撞击都可能产生大量的甲烷并将其推向大气层。

所以科学家必须要确保,如果韦伯在宜居带的岩石行星上发现甲烷,也就是每个恒星系统中最有可能承载生命的区域,它不仅仅是发现非生物甲烷。

因此,在分析了什么可能将非生物甲烷跟生物甲烷区分开来之后,研究人员想出了一个可靠的经验法则,即当韦伯最终在一颗岩石行星上探测到这种分子,那么意味着该行星围绕着一颗类似太阳的恒星运行并位于宜居区。

研究人员指出,如果该行星的大气层除了甲烷之外还有大量的二氧化碳、甲烷比一氧化碳多得多且该行星似乎没有极其丰富的水成分,那么我们可能就能排除假阳性的情况了。如果不属于以上任何一种情况,那么它可能来自非生物来源,如地面上的某种火山。

然而在未来,如果我们要实现寻找我们星球以外的生命这一看似不可能的壮举,Krissanen-Totten认为必须用这种思路进行更多的研究。“这项研究的重点是甲烷作为生物特征的最明显的假阳性。岩质系外行星的大气层可能会让我们感到惊讶,我们将需要谨慎地进行解释。”

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韦伯的主要目标是研究宇宙中星系、恒星和行星的形成。为了看到在早期宇宙中形成的最早的恒星和星系,我们必须向太空深处仔细探索,以回顾时间(因为从那里到这里需要光的时间,看得越远,观测目标历经的时间也越远)。

宇宙正在膨胀,因此我们看得越远,物体远离我们的速度也就越快,这使光线发生红移。红移意味着作为紫外线或可见光发射的光线越来越多地移向更红一端的波长,进入电磁波谱的近红外和中红外部分有着非常高的红移。因此,为了研究宇宙中最早的恒星和星系形成,我们必须重点观察红外光,并使用像韦伯这样为这种光优化的望远镜和仪器。

宇宙中的恒星形成通常发生在密集的尘埃云的中心,在正常的可见光波长下,它会被我们的眼睛观察能力所遮挡。近红外光的波长较长,受小尘埃颗粒的阻碍较小,使得近红外光能够渗入尘埃云中。通过观察发射出的近红外光,我们才可以穿透尘埃,看到恒星和行星形成的过程。

与地球温度差不多的物体发出的光大部分是中红外波长的。这些温度也存在于形成恒星和行星的尘埃区,因此,利用中红外辐射,我们可以直接看到这种略带温度的尘埃的光芒,并研究其分布和特性。




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