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2025-01-03 02:19:00
科学者たちは、二酸化炭素が豊富な大気中で酸素の生成を可能にする新しいメカニズムを発見しました。(freepik)
科学者たちは新しい方法を発見しました 酸素 豊かな大気中で形成できる 二酸化炭素 地球外の世界では (CO2)。この発見は、他の惑星で生命をどのように探すべきか、そしておそらく生命そのものの起源についての仮定に疑問を投げかけます。
「他の惑星での生命や生命の兆候のほとんどの調査は、私たちが観察しているものが、生命を必要としない手段によって生成された可能性があることを実際に証明しています」と、アメリカ大学の分子物理学と天体化学の上級講師であるデビッド・ベノワ氏は述べています。ハル氏はこの研究には関与していないが、Space.comに語った。 「この研究は、これまで実現可能とは考えられていなかった分子状酸素を生成する別の経路を示唆しています。」
約 24 億年前の大酸化現象で地球の大気中の酸素 (O2) が急増するまで、地球の原始大気は主に二酸化炭素 (CO2) であり、酸素は微量しか含まれていませんでした。
「O2分子は非生物的プロセスのみで生成されます。 [non-biologis]」と中国科学技術大学のShan Xi Tian氏とJie Hu氏率いる研究チームは書いている。
Tian 氏と Hu 氏は、この原始的な大気中の酸素がどのように形成されたかに興味を持っていると述べ、それが起こった可能性のある新しいメカニズムを報告しています。
一方、2 つの酸素原子の「三体再結合」反応や紫外線下での CO2 の解離などのメカニズムによる酸素の生成を提案する研究者もいます。また、この物質は電子との特定の反応によって形成されると信じている人もいます。
「しかし、分子状CO2からO2を生成する全く異なる経路を発見しました」とTian氏はSpace.comに語った。 「つまり、ヘリウムイオンの反応により、 [He+] CO2を使って。」
ほとんどのヘリウムイオンは、太陽風のアルファ粒子が上層大気の分子と相互作用してイオンとして知られる荷電粒子を生成し、その後 CO2 と反応して O2 を形成するときに生成されます。 「この反応は火星の上層大気で観察されるべきである。なぜなら、そこには（太陽風による）多くのHe+イオンとCO2が存在するからだ」と胡氏は説明した。
しかし、これらの反応により、火星の電離層で O+、O2+、CO2+ などのさまざまなイオンが生成されることが確認されていますが、O2 がこの方法で形成されたことを示す証拠はまだありません。
彼らの理論を証明するために、科学者たちは飛行時間型 (TOF) 質量分析法を使用しました。これは、気相イオンが既知の距離を移動するのにかかる時間を測定することによって、気相イオンの質量電荷比を決定する技術です。分光計と呼ばれる機器。
この方法は、既知の強度の電場によって加速されたイオンは質量電荷比に応じて異なる速度を獲得し、したがって異なる時間に検出器に到達するという原理に基づいています。
しかし、Hu と Tian はこれをさらに進め、TOF と「クロスビームツール」および「イオン速度マップ」として知られるものを組み合わせて、分子状酸素を生成する可能性のあるメカニズムを説明しようとしました。この設定では、2 つの粒子ビーム (CO2 と He+) が制御された条件下で出会い、衝突点で反応が発生します。
得られた生成物はイオン化されます。その質量電荷比は、検出器に到達するまでにかかる時間に基づいて決定されます。同時に、イオン速度マッピングはイオンの軌道と速度を記録し、そのエネルギーに関する詳細な情報を提供します。
全体として、チームは反応経路を再構築し、これら 2 つの出発物質から酸素を生成する段階的なプロセスについて重要な洞察を得ることに成功しました。
「これは、太陽風の中で観測されるエネルギーでのヘリウム衝突が二酸化炭素と遭遇したときに分子状酸素を生成する可能性があることを示唆する有用な発見である」とブノワ氏は述べた。 「このプロセスの効率は、同じ研究グループが数年前に調査した二酸化炭素と低エネルギー電子の衝突に似ているようです。」
地球上の生命は酸素濃度と密接に関係しているため、科学者たちは、他の世界の居住可能性を示す潜在的なマーカーとして大気中の酸素を長い間研究してきました。しかし、この研究は、酸素が非生物的プロセス、つまり生物に基づかないプロセスを通じても生成される可能性があることを示しています。したがって、CO2 が豊富な大気を持つ他の惑星でも同様のメカニズムが機能する場合、生命が存在しない場合でも酸素が存在する可能性があります。
しかし、この発見は、天文学者が結論を急ぐことや、系外惑星での生命の探索が偽陽性のバイオシグネチャーによって妨げられることを意味するものではありません。
Benoit氏は、天体化学モデルと実験的観測による相互検証がこれらの発見を強化するだろうと強調した。たとえば、系外惑星上で二酸化炭素、ヘリウム、酸素が同時に検出されれば、この経路が分子状酸素生成の重要なメカニズムであることが検証される可能性がある。
「この新しいメカニズムは、他の惑星の大気を予測するために使用される将来のモデルに組み込まれる可能性が高く、そこで発見される可能性のある酸素の量をより良く説明するのに役立つでしょう。」とブノワ氏は述べた。 (スペース/Z-3)
#科学者たちは二酸化炭素が豊富な大気中での酸素生成の新たなメカニズムを発見