大气季节可能会影响外星人的生活

我们太阳系外已经发现了几十颗可能适合居住的行星，还有许多正在等待探测。有没有人或任何东西？在这些不可能亲自造访的地方寻找生命，将从在他们的环境中寻找生物制品开始。这些被称为“生物签名”的生命的大气指纹，将会使用下一代望远镜来探测，这些望远镜可以测量出离我们光年远的行星气体组成。这是一项棘手的工作，因为基于单一大气气体测量的生物签名可能具有误导性。

卫星监测“绿色”随地球季节的变化，UCR的科学家们正在研究大气成分的变化，作为遥远行星上生命的标记。图片：NASA

为了补充这些标记，并感谢美国宇航局天体生物学研究所的资助，加州大学河滨分校的替代地球天体生物学中心正在开发基于地球大气季节变化的动态生物签名的第一个定量框架。《天体物理学杂志》今天发表了一篇论文，题为“大气季节性作为系外行星的生物特征”，第一作者是Stephanie Olson，UCR地球科学学院的一名研究生。当地球围绕太阳运行时，它的倾斜轴意味着不同的区域在一年的不同时间接收到更多的光线。这种现象最明显的迹象是天气和白天的长度的变化，但大气成分也受到影响。例如，在北半球的植物中，植物的生长在夏季会显著降低大气中二氧化碳的含量。

氧的情况正好相反。大气季节性是一个很有前景的生物特征，因为它是在地球上进行生物调控的，很可能在其他有人居住的星球上发生。根据季节性推断生命不需要对外星生物化学有详细的了解，因为它是对环境中季节性变化的生物反应，而不是地球特有的特定生物活动的结果。此外，极椭圆的轨道，而不是轴向倾斜，可能导致太阳系外行星或系外行星的季节性，从而扩大可能的目标范围。在论文中，研究人员通过一种叫做光谱学的成像技术，确定了与季节性形成和破坏氧气、二氧化碳、甲烷和他们的探测有关的机会和缺陷。

还模拟了含氧量低的生命行星上大气氧的波动，就像几十亿年前的地球一样。他们发现，臭氧(O3)是由生命产生的氧气(O2)反应产生的，它将是一个更容易测量的指标，它标志着氧气的季节性变化，而不是在弱氧行星上的氧气。美国宇航局博士后研究员爱德华·施韦特曼(Edward Schwieterman)说：现在精确地模拟这些场景非常重要，所以未来的空间和地面望远镜可以用来识别最有希望的生物特征。在臭氧的情况下，需要用望远镜来探测它。寻找生命的挑战在于从很远的地方收集到的数据的模糊性。假positives-nonbiological过程， 伪装成一个星球上生活假negatives-life产生很少或根本没有biosignatures-are两大问题。

氧气和甲烷都是有希望的生物信号，但是它们的产生方式是没有生命的。观测氧气或甲烷的季节性变化将会提供更多的信息。评估外行星是否适合居住的一个潜在的强有力的方法是观察它们的大气层，看看我们是否能在一年的时间里探测到这些生物特征气体的变化。在某些情况下，这些变化很难解释没有生命，甚至可能允许我们做出的进展描述,而不是简单地承认，一颗系外行星上的生命。对在地球早期发现的低水平氧气波动的前景感到特别兴奋，臭氧所揭示的季节变化在地球这样的行星上是最容易被探测到的，就像数十亿年前，那时大多数生命还只是微小的海洋生物。

博科园-科学科普｜参考期刊：天体物理期刊｜来自：加州大学河滨分校