Учени са открили нов начин, по който кислородът може да се образува в богати на въглероден диоксид атмосфери. - предизвикателни предположения за това как трябва да търсим живот на други планети и вероятно за произхода на самия живот.

„По-голямата част от търсенето на живот или признаци на живот на други планети всъщност доказва, че всичко, което наблюдаваме, може да бъде генерирано чрез средства, които не изискват живот“, каза Дейвид Беноа, старши преподавател по молекулярна физика и астрохимия в университета Хъл, Великобритания.

„Това проучване показва друг път за производство на молекулярен кислород, който преди не винаги е бил считан за жизнеспособен.“

Преди огромното покачване на атмосферния кислород (O2) на Земята по време на Голямото окислително събитие преди приблизително 2,4 милиарда години - когато цианобактериите, живеещи в океаните, започнали да произвеждат кислород чрез фотосинтеза - примитивната атмосфера на нашата планета беше доминирана от въглероден диоксид (CO2) само със следи количества кислород.

„Тези кислородни молекули са произведени чрез абиотични процеси“, пише екипът от изследователи, ръководен от Шан Хи Тиян и Джи Ху от Университета за наука и технологии на Китай.

Тиян и Ху казват, че са били очаровани от това как се е образувал този примитивен атмосферен кислород, съобщавайки за нов механизъм, чрез който това може да се случи.

Други, междувременно, предлагат образуването на кислород чрез механизми като това, което е известно като реакцията на "рекомбинация на три тела" на два кислородни атома или дисоциацията на CO2 под ултравиолетова светлина.

Също така е възможно, според някои, веществото да е възникнало чрез специфични реакции с електрони. „Ние обаче открихме съвсем различен път за производство на O2 от молекулярен CO2“, каза Тиян за Space.com. „А именно, чрез реакцията на хелиеви йони с CO2.“

Повечето хелиеви йони се произвеждат, когато алфа частиците в слънчевия вятър взаимодействат с молекулите в горната атмосфера, създавайки заредени частици, известни като йони, които след това реагират с CO2, който след това може да образува O2. „Тази реакция трябва да се наблюдава в горната атмосфера на Марс, тъй като там съществуват много хелиеви йони (поради слънчевите ветрове) и CO2“, обясни Ху.

Въпреки това, въпреки че е потвърдено, че тези реакции създават различни йони, като O+, O2+ и CO2+ в марсианската йоносфера, все още няма доказателства да се каже, че O2 се образува по този начин.

За да докажат теорията си, учените са използвали масспектрометрия на времето на полета (TOF), техника, която определя съотношението маса-заряд на йони в газова фаза чрез измерване на времето, необходимо им да изминат известно разстояние в рамките на инструмент, наречен спектрометър. Този метод се основава на принципа, че йони, ускорени от електрическо поле с известна сила, придобиват различни скорости в зависимост от техните съотношения маса-заряд и следователно достигат детектора по различно време.

Но Ху и Тиян направиха крачка напред, комбинирайки TOF с това, което е известно като "апарат с кръстосани лъчи" и "карти на скоростта на йони", за да се опитат да изяснят всички възможни механизми, които биха довели до молекулярен кислород.

В тази настройка два лъча от частици - CO2 и хелиеви йони (He+) - се пресичат при контролирани условия, което позволява реакциите да се появят в точката на сблъсък.

Получените продукти се йонизират; техните съотношения маса-заряд бяха определени на базата на времето, необходимо им да достигнат детектора. Едновременно с това картографирането на йонната скорост записва траекториите и скоростите на йоните, предоставяйки подробна информация за техните енергии.

Като цяло, екипът успя да реконструира реакционните пътища и да получи критична представа за процесите стъпка по стъпка, водещи до образуване на кислород от тези два изходни материала.

„Това е полезно откритие, което демонстрира, че сблъсъкът на хелий с видовете енергия, които наблюдаваме в слънчевите ветрове, може да генерира молекулярен кислород, когато се сблъска с въглероден диоксид“, каза Беноа.

„Ефективността на процеса изглежда подобна на тази при сблъсък на въглероден диоксид с нискоенергийни електрони, който беше изследван преди няколко години от същата изследователска група“, допълни той.

Тъй като животът на Земята е тясно свързан с концентрациите на кислород, учените отдавна са изследвали атмосферния кислород като потенциален маркер за обитаемост в други светове - особено като се има предвид, че повечето кислород на Земята се произвежда от живи организми. Това изследване обаче показва, че кислородът може да се образува и чрез абиотични процеси или процеси, които не са вкоренени в живите организми.

По този начин, ако подобни механизми работят на други планети с атмосфера, богата на CO2, кислородът може да съществува дори при липса на живот.

Това откритие обаче не означава, че астрономите прибързано ще направят заключения или че търсенето на живот на екзопланети ще бъде провалено от фалшиви положителни биосигнатури.

Беноа подчерта, че кръстосаното валидиране с астрохимични модели и експериментални наблюдения ще засили констатациите. Например, едновременното откриване на въглероден диоксид, хелий и кислород на екзопланета може да потвърди този път като важен механизъм за производство на молекулярен кислород.

„Този ​​нов механизъм вероятно ще бъде включен в бъдещи модели, използвани за предсказване на атмосферата на други планети“, каза Беноа, „и ще ни помогне да обясним по-добре количествата кислород, които можем да намерим там.“