科学家可能需要重新考虑他们对太阳系外有多少行星可以承载丰富多样生命的估计。
在一项新的研究中，加州大学河滨分校领导的研究小组发现，在大多数行星的大气层中积聚的有毒气体使它们不适合我们所知的复杂生命。
传统上，寻找外星生命的大部分都集中在科学家称之为“ 可居住区 ”的地方，这个区域被定义为距恒星的距离范围足够温暖，以至于液体水可能存在于行星表面。这种描述适用于基本的单细胞微生物 - 但不适用于动物等复杂生物，包括从简单的海绵到人类的一切。
今天发表在“ 天体物理学杂志”上的该团队的工作表明，考虑到某些有毒气体的预测水平会使复杂生命的安全区域缩小至少一半，并且在某些情况下完全消除它。
“这是地球上生命的生理极限第一次被认为可以预测宇宙中其他地方复杂生命的分布，”该研究的共同作者之一Timothy Lyons说道，他是UCR部门的一位杰出的生物地球化学教授。地球和行星科学，以及赞助该项目的替代地球天体生物学中心主任。
“想象一个'适合复杂生活的可居住区'被定义为一个安全区，它可以支持我们今天在地球上发现的丰富的生态系统，”里昂斯解释说。“我们的研究结果表明，像我们这样的复杂生态系统不能像传统定义的那样存在于可居住区的大多数地区。”
利用计算机模型来研究大气气候和光化学上的各种行星，球队首先考虑碳的二氧化碳。任何潜水员都知道体内过多的这种气体可能是致命的。但是离行星恒星太远的行星需要二氧化碳 - 一种强效的温室气体 - 以保持温度高于冰点。包括地球。
“为了维持传统可居住区外缘的液态水，一颗行星需要的二氧化碳比现在的地球要多几万倍，”该研究的主要作者和美国宇航局博士后项目研究员Edward Schwieterman说道。 。“这远远超出了已知对地球上的人类和动物生命有毒的水平。”
新研究的结论是，单独的二氧化碳毒性将简单的动物生命限制在不超过传统可居住区的一半。对于人类和其他更敏感的高等级动物，安全区缩小到不到该区域的三分之一。
更重要的是，某些恒星根本没有安全区，包括两个太阳最近的邻居，Proxima Centauri和TRAPPIST-1。这些较冷，较暗的恒星发出的紫外线辐射的类型和强度会导致高浓度的一氧化碳，这是另一种致命的气体。一氧化碳与动物血液中的血红蛋白结合，后者是通过身体输送氧气的化合物。即使少量也会因缺氧而导致身体细胞死亡。
一氧化碳不会在地球上积聚，因为我们更热，更明亮的太阳会驱动大气中的化学反应，迅速破坏它。尽管该团队最近得出结论认为微生物生物圈可以在一氧化碳含量丰富的星球上茁壮成长，但Schwieterman强调说“这些对于人类或动物生命来说肯定不是我们在地球上所知的好地方”。
科学家们确认了近4,000颗行星绕太阳运行的恒星，但没有一颗能够亲自探望。它们太遥远了。最近的是Proxima Centauri b，目前的飞船需要54,400年才能到达。使用望远镜探测大气中某些气体的丰度是研究这些所谓的系外行星的唯一方法之一。
“我们的发现提供了一种方法来决定我们应该更详细地观察这些无数行星中的哪一个，”克里斯托弗莱因哈德说，他是前UCR研究生，现在是乔治亚理工学院的助理教授，这项研究的合着者，以及替代地球团队的领导者。“我们可以识别其他适合居住的行星，其二氧化碳或一氧化碳含量可能太高，不足以支持复杂的生命。”
该团队此前工作的结果已经为下一代太空任务提供了信息，例如美国宇航局提出的Habitable Exoplanet Observatory。例如，由于氧气对地球上复杂的生命至关重要，并且可以远程探测，因此研究小组一直在研究它在不同星球大气层中的常见程度。
除了地球之外，我们太阳系中的任何行星都不会存在可以远距离表征的生命。如果生命存在于太阳系的其他地方，Schwieterman解释说，它位于岩石或冰冷的表面之下。因此，系外行星可能是我们寻找更像我们自己的可居住世界的最佳希望。
施维特曼说：“我认为展示我们的星球是多么罕见和特殊，只会增强保护它的能力。” “据我们所知，地球是宇宙中唯一可以维持人类生命的行星。”