火山活動是否為系外行星誘發生命的關鍵?

作者 | 發布日期 2023 年 10 月 05 日 8:20 | 分類 天文 , 自然科學 line share follow us in feedly line share
火山活動是否為系外行星誘發生命的關鍵?


研究系外行星生命現象的天文學家發現,每顆行星都是獨特謎團,尤其碳元素。因碳對行星氣候與地質生物化學有關鍵影響力,若研究行星科學的學者能了解系外行星的碳從哪裡來、如何產生,以及大氣作用化學方法與過程,就可取得重大進展。與碳有關物質有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4),最關鍵就是一氧化碳分子。

約30億年前,海洋開始孕育許多原始簡單生命時,空氣與海洋含氧量非常稀少,陽光也微弱,因此大氣保存濃厚一氧化碳。科學家認為,這種環境有利原始簡單生命形成與發展。一氧化碳可為原始生命演化所需碳和氧的重要來源。

行星化學反應和平衡是由海洋、陸地、大氣與恆星發光等複雜回饋機制控制,一氧化碳含量失控暴增的大氣演化過程,對生命形成非常重要。含氧量極低的環境,二氧化碳會經紫外線分解產生一氧化碳,水分子經光分解作用產生氫氧基會和一氧化碳作用恢復成二氧化碳,形成平衡關係。

▲ 一氧化碳於行星大氣與海洋循環的化學反應過程,顯示一氧化碳如何形成正逆反應平衡。(Source:Watanabe and Ozaki 2023)

團隊模擬行星大氣化學模型後發現,火山活動的活躍程度對前述化學平衡的影響比恆星本身光線強弱要大。與大氣接觸的岩漿能以比光反應產生更多一氧化碳,噴入大氣的火山灰能遮蔽光線,降低一氧化碳分解速度,形成一氧化碳失控暴增環境。接下來的挑戰,就是利用太空望遠鏡觀測系外行星大氣光譜分析結果,進行更深入研究。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為藝術家想像圖,來源:NASA′s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (KRBwyle))