为什么行星表面的氧气可能不表明可居住性

随着资源日益枯竭和对人口过剩的担忧——以及改进的空间技术的帮助——研究人员正在探索居住在宇宙中其他行星的可能性。氧气的存在通常是科学家考虑确定地球以外的行星是否可以承载该行星的生命系统的标志之一。大约 20% 的地球大气包含氧气，这种元素还构成了地球地壳和地幔的近一半。然而，现在的新研究表明，行星表面上存在的氧气本身可能不足以表明其支持生命的能力。另一方面，氧气的产生方式是一个更强的指标。

地球上的多细胞生命始于数十亿年前地球上产生过剩的氧气，据推测，地球将在另外十亿年左右结束，届时地球将耗尽其所有这种关键气体的供应。因此，科学家将系外行星中氧气的存在视为那里存在生命的标志是有道理的。今年早些时候发表在《科学进展》杂志上的一项新研究表明，这可能是一种有缺陷的方法。

地球大气中的氧气主要是光合作用过程中产生的废物，这意味着它来自生命过程，然后去支持地球上的其他生命形式。然而，在目前的研究中，科学家们展示了行星上的氧气也可能来自其他非生命途径。

非生物氧——之所以这样命名，是因为它不是来自生命过程——可以解释为什么行星可能在大气中含有氧分子，但不一定支持生命形式。早期对非生物形式的氧的研究表明，太阳的紫外线如何在不涉及生命形式的情况下帮助从二氧化碳中产生分子氧。目前的研究旨在了解太空中氧气的存在——在没有生命和生命过程的情况下——是否可能具有非生物起源和途径。

在他们的研究中，科学家们考虑了二氧化硫，一种大量存在于几个天体中的有毒气体——其中大量在火山爆发期间被喷射到大气中——并研究了该化合物的分子如何对来自太阳的辐射作出反应。科学家们参考了早期实验的数据，该实验涉及将二氧化硫分子暴露于辐射中。“我们从 2005 年挖掘了一些旧数据，我们在实验室中用光子照射过二氧化硫。我们分析了数据并......计算了产生哪些分子结构的能量，”新闻稿的合著者 Raimund Feifel 解释道。

科学家们观察到，在暴露于高能辐射时，二氧化硫分子经历了双重电离并改变了它们的形状。最初夹在两个氧原子之间的硫原子在双重电离时移动到一侧，使两个氧原子彼此相邻。该研究的合著者曼斯·沃尔纳（Måns Wallner）在新闻稿中解释说：“在双重电离时，分子中的两个束缚电子被弹出，并可能导致分子中原子之间的角度发生变化……原子切换地方，分子呈现出全新的形状。”

当分子改变它们的形状时，硫原子可能会从化合物中脱落，留下一个带正电的氧分子。这一系列事件可以解释太阳系中某些不支持生命的表面上存在氧气。木星的卫星木卫二、木卫三和木卫一就是这种表面的例子。值得注意的是，木卫一是整个太阳系中火山最多的地方，因此已经排除了它支持类地生命系统的可能性。木卫二和木卫三也没有足够的氧气来维持地球上的任何生命。

氧气仍然是支持宇宙中类地生命系统的重要组成部分。但是目前的这项研究强调了表面上仅仅存在氧气可能不足以将其视为可能的新栖息地。氧气的通路也起着至关重要的作用。因此，在继续寻找替代栖息地的同时，对保护地球及其资源给予足够的重视仍然至关重要。