天文學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)建立了五個(gè)模型，代表了我們地球演化的關(guān)鍵點(diǎn)，就像地球地質(zhì)時(shí)代的化學(xué)快照。在即將到來的強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡的新時(shí)代，天文學(xué)家將把它們作為光譜模板，在遙遠(yuǎn)的太陽系中尋找類地行星。

卡爾·薩根研究所主任、天文學(xué)副教授麗莎·柯廷安說：這些新一代的太空和地面望遠(yuǎn)鏡加上這些研究模型，將使能夠識(shí)別出距離我們約50到100光年遠(yuǎn)的類地行星。

對于這項(xiàng)研究和模型的建立，柯廷安、博士生杰克·馬登和林紫等主要作者已將研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。以地球?yàn)殛P(guān)鍵，研究模擬了五個(gè)不同的地球時(shí)代，為如何描述一個(gè)潛在的系外地球（從一個(gè)年輕的、生命起源前地球到現(xiàn)代世界）提供了一個(gè)模板。這些模型還讓我們能夠探索在地球演化的哪個(gè)階段，一個(gè)遙遠(yuǎn)的觀察者，能夠在宇宙的‘淡藍(lán)點(diǎn)（地球）’和其他類似星球上發(fā)現(xiàn)生命。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了大氣模型，與39億年前的地球相匹配，那是一個(gè)生命起源前的地球，當(dāng)時(shí)二氧化碳密集地覆蓋著地球這顆年輕的行星。第二個(gè)模型回溯模型從化學(xué)角度描述了一個(gè)沒有氧氣的星球，一個(gè)缺氧的地球，時(shí)間回溯到35億年前。另外三個(gè)模型揭示了大氣中氧氣濃度從0.2%上升到現(xiàn)在的21%。地球和我們呼吸的空氣，有了巨大變化自地球形成4.5數(shù)十億年前。

天文學(xué)家尋找像我們地球這樣的世界，可以看到年輕的現(xiàn)代類地行星在運(yùn)輸過程中，使用地球的歷史上作為一個(gè)模板。在地球的歷史上，氧氣上升的時(shí)間和豐富程度還不清楚。但是，如果天文學(xué)家能夠找到系外行星含氧量僅為地球當(dāng)前含氧量的1%，那么這些科學(xué)家將開始發(fā)現(xiàn)新的生物、臭氧和甲烷，并能將其與地球的年齡模板相匹配。透射光譜顯示了大氣的特征，這將向一個(gè)遙遠(yuǎn)的觀測者表明，地球早在20億年前就有了一個(gè)生物圈。

利用美國宇航局計(jì)劃于2021年3月發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡和智利安托法加斯塔超大望遠(yuǎn)鏡(計(jì)劃于2025年首次開光)等即將問世的望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家將可以觀察到一顆系外行星在其主恒星前方凌日，揭示該行星的大氣層。一旦這顆系外行星凌日并擋住了主恒星的一部分，就能破譯它的大氣光譜特征。利用地球的地質(zhì)歷史作為關(guān)鍵，可以更容易地發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)系外行星上存在生命的化學(xué)跡象。

博科園｜研究/來自：康奈爾大學(xué)

參考期刊《天體物理學(xué)》

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