中显生宙系外行星可能比现代地球更容易探测

在寻找宇宙生命的过程中，地球为我们所知的宜居行星提供了一个进化模板。地球的大气成分在其整个历史中发生了巨大的变化。过去 5 亿年——显生宙，包括动物、恐龙和陆地植物的起源——氧气含量从 10% 左右上升到 35%。但由此产生的透射光谱是我们寻找系外行星大气中生命迹象的关键缺失部分。在一项新研究中，天文学家模拟了地球显生宙五个阶段的大气成分和透射光谱。大约 1 亿至 3 亿年前的地球模型中，两个关键的生物特征对——氧气和甲烷、臭氧和甲烷——显得更强，当时氧气水平明显更高。

“现代地球的光指纹一直是我们识别潜在宜居行星的模板，但曾经有一段时间，这种指纹更加明显——更能显示生命迹象，”卡尔·萨根研究所所长丽莎·卡尔特内格博士说。

“这给了我们希望，在宇宙的其他地方找到生命的迹象——甚至是大型、复杂的生命——可能会更容易一些。”

使用两个已建立的气候模型(GEOCARB 和 COPSE)的估计，Kaltenegger 博士和康奈尔大学天文学家丽贝卡·佩恩(Rebecca Payne)模拟了地球大气成分以及由此产生的五个阶段(大约 500、400、300、200 和 1 亿年)的透射光谱。显生宙。

随着复杂的海洋生物圈多样化、森林增殖和陆地生物圈繁荣，每一个都发生了重大变化，影响了大气中氧气和其他气体的混合。

“这只是地球历史上最近 12% 左右的时间，但它几乎涵盖了生命比海绵更复杂的所有时期，”佩恩博士说。

“如果你正在寻找比单细胞生物更先进的东西，这些光指纹就是你在其他地方寻找的东西。”

虽然类似的演化过程可能会也可能不会在系外行星上展开，但该团队的模型填补了显生宙在望远镜下的样子的缺失拼图，为具有不同大气含氧量的宜居行星创建了新的模板。

作者开创性地根据地质、气候和大气随时间的变化，对地球在遥远的观察者眼中的样子进行建模，这是我们识别其他星球上存在生命的潜在证据的基本事实。

“迄今为止，在可能存在液态水的宜居带中已经发现了大约 35 颗岩石系外行星，”卡尔滕内格博士说。

“分析系外行星的大气层(如果有的话)处于 NASA/ESA/CSA 詹姆斯·韦伯太空望远镜技术能力的边缘，但现在已经成为可能。但科学家需要知道要寻找什么。”

这些模型将像显生宙地球这样的行星确定为在宇宙中寻找生命的最有希望的目标。

它们还让科学家们能够考虑这样一种可能性——纯粹是理论上的——如果发现一颗宜居系外行星的大气层含氧量为 30%，那么那里的生命可能不仅限于微生物，还可能包括像巨龙或小盗龙这样体型庞大、种类繁多的生物。曾经在地球上漫游的。

“如果他们在那里，这种分析可以让我们弄清楚他们可能住在哪里，”佩恩博士说。

“无论是否有恐龙，模型都证实，从很远的距离来看，这样一颗行星的光指纹将比现代地球的光指纹更引人注目。”

该论文发表在《皇家天文学会月刊：快报》上。