加州大学圣克鲁斯分校 通过改变岩石行星地球化学演化模型中挥发性元素的初始存量，研究人员获得了广泛的结果，包括几个场景，在这些场景中，类太阳恒星周围的无生命岩石行星可能会演化为大气中有氧气
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克里斯森-托顿 在寻找其他行星上的生命时，行星大气中氧气的存在是生物活动的一个潜在迹象，未来的望远镜可能会探测到
然而，一项新的研究描述了几个场景，在这些场景中，围绕一颗类太阳恒星的无生命的岩石行星可能会演化为大气中有氧气
4月13日发表在《AGU进展》杂志上的新发现强调了对下一代望远镜的需求，这种望远镜除了能探测氧气外，还能表征行星环境并寻找多种生命迹象
加州大学圣克鲁斯分校天文与天体物理学系的萨根研究员、第一作者约书亚·克里斯森-托顿说:“这很有用，因为它表明有办法在没有生命的情况下获得大气中的氧气，但你也可以通过其他观察来帮助区分这些假阳性和真阳性。”
“对于每一种情况，我们试图说明你的望远镜需要做些什么才能将它与生物氧气区分开来
" 在未来的几十年里，也许到21世纪30年代末，天文学家希望有一台能够拍摄类日恒星周围潜在类地行星的图像和光谱的望远镜
合著者之一、天文学和天体物理学教授、UCSC其他世界实验室主任乔纳森·福特尼说，这个想法将瞄准与地球非常相似的行星，这些行星上可能已经出现了生命，并描述了它们的大气层特征
“关于探测到氧气是否是‘足够的’生命迹象，已经有很多讨论，”他说
“这项工作确实说明需要了解您的检测背景
除了氧，还有哪些分子被发现了，或者没有被发现，这告诉了你什么关于这个星球的进化？" 这意味着天文学家将需要一台对宽范围波长敏感的望远镜，以便探测行星大气中不同类型的分子
研究人员将他们的发现建立在一个详细的、端到端的岩石行星演化计算模型的基础上，从它们的熔融起源开始，延伸到数十亿年的冷却和地球化学循环
通过改变模型行星中挥发性元素的初始存量，研究人员获得了令人惊讶的广泛结果
当高能紫外光将高层大气中的水分子分解成氢气和氧气时，氧气可以开始在行星的大气中积累
轻质氢优先逃逸到太空，留下氧气
其他过程可以去除大气中的氧气
例如，从熔融岩石中释放出来的一氧化碳和氢气会与氧气发生反应，岩石的风化也会消耗掉氧气
这些只是研究人员纳入他们的岩石行星地球化学演化模型的几个过程
“如果你为地球运行这个模型，用我们认为的最初的挥发物库存，你每次都能可靠地得到相同的结果——没有生命，大气中就没有氧气，”克里斯森-托顿说
“但我们也发现了多种没有生命也能获得氧气的情况
" 例如，一颗与地球相似但开始有更多水的行星最终会有非常深的海洋，给地壳带来巨大的压力
这有效地关闭了地质活动，包括所有的过程，如岩石的融化或风化，这些过程将从大气中去除氧气
相反，当行星以相对少量的水开始时，最初熔化的行星的岩浆表面会迅速冻结，而水留在大气中
这种“蒸汽大气”在上层大气中放入了足够的水，当水分解和氢逸出时，氧气得以积聚
“典型的顺序是岩浆表面凝固的同时，水在表面凝结成海洋，”克里斯森-托顿说
“在地球上，一旦水在表面凝结，逃逸率就很低
但是如果你在熔融表面凝固后保留一个蒸汽环境，那么大约有一百万年的时间氧气可以积聚，因为上层大气中有高浓度的水，没有熔融表面来消耗氢气逸出产生的氧气
" 第三种可能导致大气中出现氧气的情况是，一颗与地球相似但二氧化碳与水的比例较高的行星
这导致了失控的温室效应，使得水太热而无法从大气中凝结到地球表面
“在这种类似金星的情况下，所有的挥发物都从大气中开始，很少一部分留在地幔中，被释放出气体并吸收氧气，”克里斯森-托顿说
他指出，以前的研究侧重于大气过程，而本研究中使用的模型探索了地球地幔和地壳的地球化学和热演化，以及地壳和大气之间的相互作用
“这不是计算密集型的，但有很多移动的部分和相互关联的过程，”他说
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