亚海王星系外行星 K2-18b 上代谢过程的地球化学潜力
地球与行星天体物理
2024-03-07 v1
摘要
量化化学不平衡对于理解一个环境是否宜居非常重要。已有假说提出系外行星 K2-18b 具有富氢大气层和海洋，使其成为一个“Hycean 世界”。James Webb Space Telescope 最近对该行星大气中的甲烷、CO 以及可能的二甲硫醚 (DMS) 进行了测量。对这些数据的初步解释是，它们可能支持 Hycean 条件的存在。在此，我试图在探索宜居性前景方面迈出下一步。假设 K2-18b 是一个 Hycean 世界，我利用大气气体丰度的约束条件计算了可能存在的化学不平衡程度。我发现，在凉爽至温暖（25-120{\deg}C）的条件下，氧化碳物种与大量 H（1-1000 bar）共存，为产甲烷作用创造了强烈的热力学驱动力。CO 加氢反应可释放超过 ~75 kJ (mol C) 的自由能。部分氧化的碳化合物（如 DMS，如果存在的话）也有潜力提供代谢能量，尽管数量较少。由于在 Hycean 条件下 CO 具有热力学不稳定性，其他 CO 的还原反应也可能受到青睐，包括氨基酸的合成。在 K2-18b 上，甘氨酸和丙氨酸的合成可以是释放能量的，或者至少比在地球海洋中成本要低得多，即使 NH 稀少但并非完全不存在。这些针对一颗被假定拥有海洋的系外行星的首次生物能学计算，为评估系外行星宜居性奠定了新的基础。
引用
@article{arxiv.2403.03918,
title = {The Geochemical Potential for Metabolic Processes on the Sub-Neptune Exoplanet K2-18b},
author = {Christopher R. Glein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.03918},
year = {2024}
}
备注
To be published in The Astrophysical Journal Letters