温和亚海王星水世界上的生物源硫气体作为生物标志

理论预测和观测数据表明，一类亚海王星系外行星可能具有富含水的内部结构，并被以氢为主的大气层所覆盖。在适宜的气候条件下，此类行星可能拥有表面液态海洋。受近期对K2-18 b的JWST观测启发，我们首次自洽地模拟了温和亚海王星水世界大气中生物源硫气体的光化学过程及其潜在的可探测性。在当今地球上，海洋生物群产生的有机硫化合物在积累到显著水平之前，就被光化学过程迅速破坏了。Domagal-Goldman 等人 (2011) 提出，在具有更高生物生产力或低 UV 通量的太古宙类大气中，可能会出现可探测到的生物源硫特征。在本研究中，我们探索了广泛生物通量和恒星 UV 环境下的生物源硫。关键在于，潮汐锁定行星的夜侧不存在主要的光化学汇。为了解决这个问题，我们进一步使用 3D GCM 和 2D 光化学模型 (VULCAN 2D (Tsai et al. 2024)) 进行了实验，以模拟生物源气体的全球分布，从而研究通过透射光谱观测到的晨昏线浓度。我们的模型表明，生物源硫气体在富氢水世界上可以上升到潜在可探测的水平，但前提是增强的全球生物硫通量 ($\gtrsim$ 现代地球通量的 20 倍)。我们发现，在 DMS 与 CH$_4$ 强烈重叠的 3.4 $\mu m$ 处识别 DMS 具有挑战性，而在 9 至 13 $\mu m$ 之间的中红外波段探测 DMS 及其伴生副产物乙烯 (C$_2$H$_4$) 和乙烷 (C$_2$H$_6$) 则更为可行。