寻找外星人命的科学家们一直在问造作的问题。几十年来，天体裁家将千里镜瞄准远处的行星，寻找液态水存在的迹象，以为只须有水就可能有人命。但苏黎世联邦理工学院发表在《当然·天体裁》上的最新商讨揭示了一个令东谈主不安的真相，水只是故事的启动，真确决定一颗行星能否滋长人命的，是它在变成进程中当先几百万年里的化学行运。更具体地说，是地核凝合期间恰到平正的氧气浓度。
这不是一个宽松的要求。商讨东谈主员克雷格·沃尔顿和玛丽亚·舍恩巴赫勒通过打算机建模发现，行星需要处于一个极其窄小的氧气浓度窗口，智商同期保留磷和氮这两种人命必需元素。略略偏离这个限制，磷会千里入地核深处恒久隐匿，莽撞氮会飘散到天际再也不会回顾。地球适值落在这个"金发小姐带"里，而火星则莫得这样侥幸。这个发现不仅证明了为什么地球如斯独特，也意味着天地中合适人命的行星可能比咱们思象的少得多。
地核变成的化学赌局
思象一颗刚刚出身的岩质行星。它不是固体的球体，而是一派翻滚的岩浆海洋，温度高达数千摄氏度。在这个真金不怕火狱般的环境中，引力启动进行一场躁急的分拣责任。密度大的金属元素，主如果铁和镍，米兰app官网启动下千里。密度小的硅酸盐矿物则浮在上头。经过数百万年，这种划分进程变成了行星的分层结构，金属中枢、硅酸盐地幔、最终冷却固化的地壳。
但这不单是是物理划分，更是一场化学博弈。元素的"亲金属性"决定了它们会跟班铁参加地核，照旧留在地幔中。而氧气是这场博弈的关键裁判。氧气的存在会转变元素的化学模式，从而转变它们对金属照旧岩石的偏好。
磷等于一个典型例子。在缺氧环境中，磷更容易以单质或磷化物的表情存在，这些模式倾向于熔化在液态金属中。当铁下千里变成地核时，磷会随之而去。一朝被锁在地核深处，磷就无法再参与地表的化学轮回，人命也就失去了构建DNA和ATP的原材料。但如果氧气充足，磷会氧化成磷酸盐，这种表情更倾向于留在硅酸盐矿物中，从而保留在地幔和地壳里。
氮的手脚适值违犯。在富氧环境中，氮更容易变成气态的氮氧化物或氮气分子。这些气体会逸散到原始大气中，而年青行星的大气层常常不稳固，容易被太阳风剥离或被大型撞击事件吹走。但如果氧气较少，氮更可能以铵离子或氮化物的表情固定在矿物中，从而保留在行星里面。
这等于问题场合。保护磷的要求会亏本氮，保护氮的要求会亏本磷。人命需要两者兼得。
极窄的生计窗口
沃尔顿和他的共事们建造了复杂的热力学模子，模拟不同氧气浓度下磷和氮在地核与地幔之间的分拨。他们使用的参数基于对陨石、月球样本和地球深部岩石的试验室分析，milan发奋收复46亿年前地球变成时真是凿要求。
打算效果令东谈主惊骇。只须当氧气浓度处于一个极窄的限制内时，磷和氮的地幔保留量智商同期达到阔气辅助人命的水平。这个限制有多窄？商讨东谈主员用"氧逸度"来量化，这是一个描述系统中氧气化学活性的参数。地球的氧逸度在地核变成时约为IW减2到IW减1，IW代表铁-氧化亚铁均衡基准。
在这个窄小窗口内，约莫60%的磷和阔气比例的氮被保留在地幔中。如果氧逸度更低，磷的保留率会急剧下落到20%以下。如果氧逸度更高，氮的保留会受到严重影响。沃尔顿在领受采访时说："如果在地核变成进程中氧气含量略略多少许或少少许，磷或氮的含量就不及以滋长人命。"
火星提供了一个对照案例。凭据火星陨石的地球化学分析，火星在地核变成时的氧逸度约为IW减1到IW，比地球略高。这导致火星地幔的磷含量比地球高约30%，但氮的保留却权臣低于地球。再加上火星质地较小，引力不及以经久督察沉稳的大气层，大部分氮最终流失到了天际。今天的火星名义险些莫得可用的氮，这是其无法辅助复杂人命的病笃原因之一。
是什么决定了氧气浓度
那么，是什么决定了一颗行星在变成时的氧气浓度呢？谜底要追念到更早的阶段，行星变成之前的原行星盘。
恒星变成时，周围会有一个由气体和尘埃构成的盘状结构。盘中的固体颗粒通过碰撞和引力稳重斡旋成更大的天体，从尘埃到卵石，从小行星到行星胚胎，最终变成行星。而盘中物资的化学因素，尤其是氧气联系于其他元素的品貌，平直袭取自变成这颗恒星的分子云。
关键变量是恒星的金属品貌。天体裁中的"金属"指的是总共比氦重的元素，包括碳、氧、硅、铁等。金属品貌高的恒星周围的原行星盘中，氧气含量通常也较高。而太阳的金属品貌恰平正于一个中等水平，既不太高也不太低。
这意味着，如果要寻找访佛地球的宜居行星，不应该把总共类地行星皆一视同仁，而应该优先接洽那些围绕着化学因素与太阳相同的恒星运行的行星。沃尔顿明确指出："咱们应该寻找那些领有与太阳相同的恒星的太阳系。"
这个判断步调不错通过光谱不雅测来考证。当代千里镜不错精准测量恒星大气的化学构成，包括铁、镁、硅等元素联系于氢的品貌比。如果一颗恒星的化学指纹与太阳权臣不同，那么它的行星系统变成时的氧逸度很可能也不在阿谁窄小的宜居窗口内，即使某颗行星位于所谓的"宜居带"并领有液态水，也可能空泛人命所需的关键化学元素。
再行界说宜居性
这项商讨从根柢上挑战了"宜居带"的传统界说。几十年来，天体裁家凭据行星与恒星的距离来判断其名义是否可能存在液态水。距离太近，水会挥发。距离太远，水会冻结。只须在合适的距离限制内，也等于宜居带内，水智商以液态表情稳固存在。
但沃尔顿和舍恩巴赫勒的责任标明，宜居带只是一个必要要求，远非充分要求。一颗行星可能处于好意思满的温度区间，领有丰富的液态水，但如果它在变成时莫得落入化学宜居性的窗口，就恒久不会有人命。这是一个在行星出身之初就仍是决定的行运，无法通事后续的演化来救援。
这个意志对系生人星的搜寻有首要影响。现在已阐发的系生人星逾越5000颗，其中数百颗被以为位于宜居带内。但如果接洽化学宜居性的敛迹，这个数字可能要大幅缩水。大多数恒星的化学因素与太阳存在互异，有些富含氧气，有些则相对贫氧，只须一小部分适值落在合适的限制内。
况且，即使母恒星的化学因素合适，行星变成的进程也存在立时性。行星胚胎从不同轨谈位置吸积物资，资格不同的碰撞历史，这些因素皆会影响最终的氧逸度。地球可能是一个侥幸的例外，而不是浩荡的常态。
从化学视角看人命的调整性
这个发现也为"费米悖论"提供了一个可能的解答。费米悖论问的是，如果天地中存在无数的行星，为什么咱们于今莫得发现任何外星文雅的迹象？一个可能的谜底是，人命的出现比咱们思象的要漠视得多，不是因为生物学的原因，而是因为化学的原因。绝大多数行星从一启动就空泛构建人命的化学用具箱。
{jz:field.toptypename/}固然，这不料味着地球是天地中惟一的人命摇篮。星河系中少见千亿颗恒星，即使只须很小一部分具有合适的化学因素，全皆数目亦然弘远的。但这如实意味着人命可能比乐不雅测度要调整得多，咱们找到外星人命的但愿应该更多地投向那些"化学正确"的星系区域。
将来的任务，如詹姆斯·韦伯天际千里镜的后续面容和打算中的超大型大地千里镜，不仅要不雅测系生人星的大气层寻找生物象征物，还要精准测量其母恒星的化学指纹。两种信息迎合起来，不错更准确地评估一颗行星的人命后劲。
46亿年前，在地球照旧一团闷热岩浆的时期，某种咱们尚未完全交融的机制将氧气浓度调节到了恰到平正的水平。铁下千里变成了地核，磷和氮则被保留在了地幔中。数亿年后，当地表冷却，海洋变成，这些元素为第一批人命分子的合成提供了原材料。莫得阿谁46亿年前的化学均衡，就不会有今天的你在阅读这篇著作。人命不仅需要水，更需要一场精准到难以置信的化学赌博的顺利。而咱们，可能是这场赌博为数未几的赢家之一。