摘要：科学家们最近发现了一种全新的氧气合成渠道，即在富二氧化碳的行星大气中，通过离子碰撞生成氧气。这一发现挑战了人类目前搜寻地外生命的假设，甚至会改变我们对生命起源的认识。“在系外行星上寻找生命或者生命迹象的大部分研究都说明，我们所观测到的任何证据都存在非生命活动的

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新发现的氧化学反应可以帮助我们寻找外星生命

这类反应应该可以在火星的高层大气层中观测到

生命活动？离子碰撞？大气中的氧气从何而来？

图一：各种类型的系外行星想象图。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

科学家们最近发现了一种全新的氧气合成渠道，即在富二氧化碳的行星大气中，通过离子碰撞生成氧气。这一发现挑战了人类目前搜寻地外生命的假设，甚至会改变我们对生命起源的认识。“在系外行星上寻找生命或者生命迹象的大部分研究都说明，我们所观测到的任何证据都存在非生命活动的产生渠道。这项研究揭示了另一种之前不被大家看好的分子氧合成渠道。”

赫尔大学E.A.米尔恩天体物理中心分子物理和天体化学高级讲师戴维·贝努瓦（David Benoit，未参与这项研究）告诉我们。由于生活在海洋中的蓝藻开始通过光合作用产生大量氧气，在大约二十四亿年前的氧气灾变期间，地球大气层中的氧气含量大幅上升。在此之前，地球上原始大气的主要由二氧化碳构成，氧气只占一小部分。

中国科学技术大学田善希和胡杰领导的研究小组讲道：“这些氧气分子完全可能是通过非生物过程产生的。”他们对原始大气中的氧气增丰过程非常感兴趣，并在近期报道了一种新的氧气合成机制。同时，部分研究人员则认为氧分子可以由两个氧原子之间的“三体结合”反应生成，或者由二氧化碳在紫外线下分解而来。而还有些人认为，氧分子也可能是通过某些电子的特定反应产生。

该研究小组发现了一种截然不同的氧气合成途径，可以从二氧化碳分子中产生。即，通过氦离子与二氧化碳的化学反应。大多数氦离子由太阳风中的alpha粒子与高层大气中的分子相互作用产生，过程中产生的带电粒子-离子随后进一步与二氧化碳反应，最终生成氧分子。“这种反应过程应该可以在火星的高层大气中观测到，因为那里同时存在大量氦离子和二氧化碳。”胡杰进一步解释道。 然而，尽管研究已经证实这类反应可以在火星的电离层中发生并产生大量的离子，比如O+，O2+，和CO2+，但是仍然没有已知的观测表明氧分子可以通过这种渠道产生。

科学家们使用飞行时间质谱法来分辨不同的离子。这种技术通过测量气相离子在质谱仪内行进相同距离所需要的时间来确定其荷质比。其原理为，在已知强度的电场加速下，由于不同离子的荷质比不同，获得的速度也不同，因此会在不同的时间抵达探测器。田善希和胡杰的研究小组则更进一步，将飞行时间质谱法与“交叉分子术法”、“离子速度图”相结合，试图阐明合成氧分子的任何可能机制。在该装置中，两束粒子-二氧化碳和氦离子在受控状态下相遇、碰撞并发生反应。反应产物会被电离，而后通过质谱法确定其荷质比。同时，离子速度图会记录离子们的速度和轨迹，提供与它们能量相关的详细信息。总而言之，该团队能够重构反应路径，并更好的理解氧气如何从这两种原材料中产生。

“这一发现非常有用，它表明，我们在太阳风中看到的这种能级的氦，与二氧化碳碰撞后可以产生氧气。数年前，该团组研究表明该过程的效率似乎与二氧化碳和低能电子的碰撞效率相当。”贝努瓦补充道。由于地球上的生命与氧气浓度密切相关，科学家们一直将行星大气中的氧气视作星球宜居度的衡量标准，尤其考虑到地球上的大部分氧气的合成渠道都和生命活动相关。然而，这项研究表明氧气也可以在非生物过程中产生，或者说不依赖于生命体活动。因此，如果类似的机制可以在富含二氧化碳的行星大气中起作用，那么就算没有生命，氧气也可以大量产生。

这一发现并不意味着天文学家会草率的下结论，也不是说之前在系外行星寻找生命迹象的努力由于假阳性信号而全部白费。贝努瓦强调，天体化学与实验观测将对这些发现进行交叉检验。例如，如果在系外行星上同时探测到了二氧化碳、氦气和氧气，就可以验证它是氧气合成的重要途径。贝努瓦还补充道：“未来，这一机制很有可能会被纳入行星大气的理论模型中，帮助我们更好的解释天文观测中探测到的行星大气中的氧丰度。”

BY: Victoria Corless

FY: Amberoid

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来源：天文在线