TRAPPIST-1e上前氧气光合作用生命的生物特征
地球与行星天体物理
2024-04-18 v1
摘要
为了评估系外行星上潜在大气生物特征的观测证据,必须检验多种气体的光谱特征是否能被非生物或仅生物过程所解释。在此,我们开发并应用了一个一维大气-海洋-生态系统耦合模型,以理解利用非生物来源的H2、CO和O2的原始生物圈如何影响岩石质系外行星的大气成分。我们将此应用于38亿年前的地球和TRAPPIST-1e。我们重点关注在产氧光合作用进化之前进化出的代谢途径,这些代谢消耗H2和CO并产生可能可探测水平的CH4。对于TRAPPIST-1e,我们还考虑了消耗O2的代谢,因为在M矮星周围的行星上预测存在非生物O2的产生。我们表明,这些生物圈可以通过消耗CO导致高水平的表面O2(约1-5%),通过消除原子氧的主要损耗途径,从而可能实现高O2情景。平流层温度升高会增加大气OH,从而降低这种状态形成的可能性。消耗O2的代谢也可以将O2水平降低至约10 ppm,并在低还原剂输入下支持一个富有生产力的生物圈。利用CH4、CO、O2/O3和CO2的预测透射光谱特征,我们探索了还原剂输入假设空间,结果表明生物产生的CH4可能仅在高还原剂输入下才能被探测到。对于围绕M矮星运行的行星,CO也可能成为透射光谱中的主导特征,这可能会降低对这些生物圈相关潜在生物特征观测的信心。
关键词
引用
@article{arxiv.2404.11611,
title = {Biosignatures from pre-oxygen photosynthesising life on TRAPPIST-1e},
author = {Jake K. Eager-Nash and Stuart J. Daines and James W. McDermott and Peter Andrews and Lucy A. Grain and James Bishop and Aaron A. Rogers and Jack W. G. Smith and Chadiga Khalek and Thomas J. Boxer and Mei Ting Mak and Robert J. Ridgway and Eric Hebrard and F. Hugo Lambert and Timothy M. Lenton and Nathan J. Mayne},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.11611},
year = {2024}
}
备注
29 pages, 19 figures