会有像地球一样有氧气大气层的行星吗?

时间:2023-01-23 21:24:55   作者:
分子氧是一种高度反应性的化学物质,因此只有在持续产生的情况下,它才能在行星大气中保持较高的水平。除了生物的光合作用外,还有一种已知的非生物过程,可以在相对较长的时间内从普通的起始物质中产生大量的氧气。

这是水在紫外光下的光解离作用(从技术上讲,光合作用也是光解离作用的一种亚型,只是由生物代谢控制和利用)。我们知道或认为,在两种情况下,水的紫外线光解作用可以产生一个含有大量分子氧的行星大气层。

第一种情况是,一颗非常冰冷的行星被完全包裹在一层冰壳中(想象一下木星卫星欧罗巴的放大版)。来自恒星的紫外线会从壳中的水冰中产生分子氧,而冰壳也会将以这种方式产生的氧气与地壳上的大多数化学物质分离开来,从而减缓氧气的去除速度,使其积累起来。

然而,在这样的低温下,水的光解作用是一个非常缓慢的反应,所以产生的大气可能主要是氧气,但它会很薄。比火星的还要薄。比地球上的工业级真空还要薄。

第二种可能存在于另一个极端温度。你需要一个有大量地表水的世界,这些水被非常高的恒星通量加热,其表面超过1000K,所有的水都蒸发成蒸汽,进入上层大气,在那里它被恒星的高紫外线通量光解解。这可能会导致相当厚的大气层中含有大量的氧气,但由于富含水的行星可能无法在离恒星那么近的地方形成,只有当一颗在较远的地方形成的富含水的行星最终以某种方式向内迁移,非常接近它的恒星,或者在恒星生命结束时转变为红巨星,使先前较冷的世界过热时,才会发生这种情况。这颗行星需要足够近才能变得过热,但又不能太近以至于被吞噬和毁灭。

此外,在这样的温度和恒星通量下,地球质量的行星将无法阻止氧气逃逸到太空中,这是逐渐发生的,所以大气层只能持续到行星上所有的水都消失为止,这可能需要几千万到几亿年,这在宇宙时间尺度上并不长。

这两种情况都不会产生非常像地球的大气,即使它们的氧气含量很高。
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