在远洋行星与水世界上利用氧气探测生命的可探测性
地球与行星天体物理
2020-05-06 v1
摘要
系外行星上生命的搜寻是当今重大科学挑战之一。迄今的策略是寻找（例如通过Kepler等凌星巡天）位于恒星宜居带的类地系外行星，然后利用透射光谱测量行星大气中的生物标志气体，尤其是氧气（例如使用JWST，即詹姆斯·韦伯空间望远镜）。此类行星的数量已超出JWST可观测能力，且像凌星系外行星巡天卫星等任务会发现更多。亟需更好地理解与生物标志气体相关的地球化学循环，以优先安排昂贵后续观测目标并助力未来任务设计。我们定义了可探测性指数，以量化生物标志气体被归为生物源与非生物源的可能性。我们将该指数应用于不同水含量的类地行星上氧气(O2)的情形。我们证明，在含水量为0.2重量百分比(wt%)（即无暴露大陆）的类地系外行星上，生物必需磷的减少通量限制了光合作用产生的大气O2输出，使其水平与水光解加氢逃逸的地球物理产生无法区分。导致高压冰地幔的更高含水量>1wt%进一步减缓磷循环。矛盾的是，允许将O2用作生物标志的最大含水量0.2wt%基于质量与半径却与无水一致。因此，O2生物标志的效用可能要求直接探测到行星上的水与陆地。
引用
@article{arxiv.2004.03631,
title = {Detectability of Life Using Oxygen on Pelagic Planets and Water Worlds},
author = {Donald M Glaser and Hilairy Ellen Hartnett and Steven J. Desch and Cayman T. Unterborn and Ariel Anbar and Steffen Buessecker and Theresa Fisher and Steven Glaser and Stephen R. Kane and Carey M. Lisse and Camerian Millsaps and Susanne Neuer and Joseph G. ORourke and Nuno Santos and Sara Imari Walker and Mikhail Zolotov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.03631},
year = {2020}
}