宜居带系外行星上可能存在致命的地表臭氧浓度

臭氧($\textrm{O}_3$)对地球生命的生存至关重要，因为它能屏蔽电离紫外线(UV)辐射。然而，地球大气中$\textrm{O}_3$的存在并非总是有益的。由于人类活动，$\textrm{O}_3$在阳光和其他污染物存在下形成时，会作为地表生物有害污染物存在。作为一种强氧化剂，$\textrm{O}_3$可对多种生物体致命；因此，在评估系外行星的潜在宜居性时，一个关键部分是确定其地表是否存在有毒气体。使用整个大气社区气候模型第6版(WACCM6；一个三维化学-气候模型)，我们对类地系外行星TRAPPIST-1 e进行了十二次大气模拟，采用了不同的$\textrm{O}_2$浓度，并假设了文献中提出的两种不同恒星光谱。还包括了系外行星比邻星b的四次大气模拟。两个系外行星的某些情景显示出时间平均的地表$\textrm{O}_3$混合比超过了40 ppbv的有害水平，在模拟案例中发现的最大浓度为2200 ppbv。这些浓度是有毒的，对地球上大多数生命可能是致命的。在其他情景中，$\textrm{O}_3$在地表很大一部分区域保持在有害限值以下，尽管存在可能不适宜居住的区域。如果在类地系外行星的大气中探测到$\textrm{O}_3$，确定其地表浓度是评估行星宜居性的重要一步。