天体生物学家展示了“甲烷毯”如何保持系外行星的温暖

作者:查靴

<p>艺术家描绘的开普勒22p可能是什么样子开普勒卫星望远镜开发的开普勒22b可能从它的恒星接收到类似数量的光和热,就像我们的地球从我们的太阳那样得到信用:NASA / Ames / JPL-Caltech Somewhere in我们的星系,一颗系外行星可能围绕着一颗比我们的太阳更冷的恒星,但是由于大气中的甲烷引起的温室效应,这颗行星可能会温暖而温暖,而美国佐治亚理工学院的天体生物学家开发了一种综合新模型展示了行星化学如何实现这一目标这一模型发表在“自然地球科学”杂志的一项新研究中,该模型是基于30亿年前地球上可能存在的情景,实际上是围绕其可能的地质和生物化学构建的</p><p>太阳产生的光和热量减少了四分之一,但是地球保持温和,甲烷可能使我们的星球免于长时间的深度自由e,科学家假设如果没有,我们和大多数其他复杂的生命今天可能不会在这里</p><p>新模型将多种微生物代谢过程与火山,海洋和大气活动相结合,这可能使其成为迄今为止最全面的在研究地球遥远过去的过程中,佐治亚理工学院的研究人员将他们的模型瞄准光年,希望它有朝一日帮助解释最近发现的系外行星的条件</p><p>研究人员广泛地设定模型的参数,以便它们不仅适用于我们自己的星球,而且可能也适用于对地球及其兄弟姐妹的不同大小,地质和生命形态的兄弟姐妹说:“我们真的很关注将来使用系外行星的原因,”该研究的首席研究员,乔治亚理工学院地球学院的助理教授克里斯莱因哈德说</p><p>和大气科学“我们正在探索早期地球代表的大气甲烷模型因为它们不像我们现在在地球上那样需要这样一个先进的进化阶段,因此它们存在于整个银河系中常见的条件“Reinhard和第一作者Kazum Ozaki于2017年12月11日发表了他们的自然地球科学论文</p><p>该研究得到了美国宇航局博士后计划,日本科学促进会,美国宇航局天体生物学研究所和阿尔弗雷德斯隆基金会以前的模型已经研究了尽管太阳以前的模糊,或者研究了孤立的微生物代谢所需要保持地球温暖所需的大气气体混合物可能已经产生了所需的甲烷“孤立地,每个新陈代谢都没有为那些能够解决这么多甲烷的生产模型做出贡献,”Reinhard说,乔治亚理工学院的研究人员将那些孤立的微生物代谢,包括古老的光合作用,与地质化学相结合,创造出来</p><p>反映整个生命星球和模型复杂性的模型甲烷产量激增“在海洋和大气的所有生物地球化学循环的框架内考虑控制大气中温室气体水平的机制非常重要,”第一作者Ozaki说,博士后助理Carl Sagan和微弱的太阳乔治亚理工学院模型加强了一个主要的假设,试图解释一个被称为“微弱的年轻太阳悖论”的谜团,这个谜团是由标志性的晚期天文学家卡尔·萨根和他的康奈尔大学同事乔治·马伦在1972年指出的天文学家很久以前注意到,星星在成熟时变得更加明亮他们的年轻人他们计算出大约20亿年前,我们的太阳必须比今天的光线暗淡约25%</p><p>这对于地球上任何液态水来说都太冷了,但矛盾的是,有力的证据表明液态水确实存在“根据对地质记录的观察,我们知道必须有液态水,”Reinha说rd说,“在某些情况下,我们知道温度与今天的温度相似,如果不是有点温暖”,Sagan和Mullen假定地球的大气必然会产生温室效应,拯救它</p><p>当时,他们怀疑氨是在工作中,但在化学上,这个想法被证明不太可行“甲烷在这个假设中发挥了主导作用,”莱因哈德说:“当氧气和甲烷进入大气层时,它们会在一系列复杂的化学反应中化学相互抵消</p><p> 因为当时空气中的氧气极少,它可以让甲烷比现在高出很多水平“铁和光合作用”模型的核心是两种不同类型的光合作用但是三十亿年前,我们今天所知道的光合作用的主要类型可能还没有提供氧气相反,另外两种非常原始的细菌光合作用过程可能是地球古生物圈的必需品</p><p>一种将海洋中的铁转化为铁锈,另一种将合成氢转化为甲醛“该模型依赖大量喷出氢气的火山活动,”Ozaki说其他细菌发酵了甲醛,其他细菌仍然将发酵产品转化为甲烷</p><p>两种光合作用过程成为该模型钟表机构的钟表弹簧</p><p>在359年以前建立的生物地球化学反应跨越陆地,海洋和空气3,000,000运行和ragin g甲烷该模型不是产生地球古代生物地球化学视频动画的模拟类型</p><p>相反,该模型在数学上分析了过程,输出是数字和图形Ozaki运行模型超过300万次,变化参数,并找到如果该模型包含两种形式的光合作用串联运行,则24%的运行产生足够的甲烷以产生大气中所需的平衡以维持温室效应并保持古老的地球,或可能是系外行星,温和的“转化为大约有24%的可能性,这个模型会在古老的地球上产生一个稳定,温暖的气候,伴随着微弱的太阳,或者在一颗昏暗的恒星周围的类似地球的系外行星上,“莱因哈德说,”其他模型分别观察这些光合作用的代谢物产生足够甲烷以保持气候温暖的可能性低得多“”我们相信这个相当独特的统计数据a pproach意味着你可以把这个新模型的基本见解带到银行,“他说”微弱的年轻太阳悖论“的其他解释更加灾难性,可能不那么规律他们的动态他们包括常规小行星罢工的想法激起因此,地震活动导致更多的甲烷产生,或者太阳一直在地球上开始日冕物质抛射,加热它出版物:Kazumi Ozaki等人,“原始光合作用对地球早期气候系统的影响”,Nature Geoscience(2017)doi :101038 / s41561-017-0031-2资料来源:....