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Study examines role of sulfur in planetary atmospheres

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他们说多样性是生活的调味品,现在约翰·霍普金斯大学的研究人员的新发现表明,一种特定的“变种”元素
2 -硫磺
2可以显著地影响科学家在寻找外星生命时如何解释行星大气的数据。

研究结果发表在《自然天文学》杂志上。

“我们发现,只是一个小的大气中硫的存在,不到2%,可以产生重大影响,和多少,霾粒子形成,”曹国伟说,助理研究员约翰霍普金斯大学地球和行星科学系的,这项研究的第一作者。“这完全改变了科学家在研究太阳系外行星的大气层时应该寻找和期待的东西。”

硫是地球上生命的基本元素。它是从植物和细菌中释放出来的,存在于几种氨基酸和酶中。正因为如此,科学家们建议使用硫产品作为他们在地球之外寻找生命的一部分。但是,尽管科学家们知道硫气体影响着太阳系内许多行星的光化学,但关于硫在太阳系外行星或系外行星的大气中的作用,我们所知甚少。他说,了解硫是否存在以及它如何影响其他行星的大气可以帮助科学家确定硫气体是否可以作为生命起源的来源。

A man uses gloves in a protective box while a woman looks on

图片说明:Chao He(左)和Sarah Horst在实验室里

图片来源:威尔·柯克/约翰·霍普金斯大学

他说,由于这种化学物质的高反应性和一旦实验完成就很难清理干净,研究人员很少进行实验室研究来模拟含硫的行星大气。事实上,硫的反应性很强,它会与实验装置本身发生反应,所以研究小组不得不升级他们的设备来适当地耐受硫。据他所知,只有另外三项研究在实验室中模拟了硫的化学性质,这些研究是为了了解硫元素在地球大气中的作用而进行的。他说,这是第一次实验室模拟研究系外行星大气中的硫。

Chao和他的同事做了两组实验,分别用二氧化碳、一氧化碳、氮气、氢气、水和氦作为初始气体混合物的指南。一项实验中含有1.6%的硫,而另一项没有。研究团队在地球与行星科学助理教授、论文第二作者莎拉•霍斯特的实验室里,在一个特别设计的行星雾霾室(PHAZER)中进行了模拟实验。

一旦进入室内,研究小组将混合物暴露于两种能源中的一种:交流辉光放电产生的等离子体或紫外线灯发出的光。等离子体是一种比紫外线强的能量源,它可以模拟闪电和/或高能粒子等电子活动,而紫外线是地球、土星和冥王星等行星大气中化学反应的主要驱动因素。

在分析了固体颗粒和形成的气体产物的混合物后,他和同事们发现,含有硫的混合物含有三倍多的雾霾颗粒,即悬浮在气体中的固体颗粒。

赵教授的研究小组发现,这些粒子大多是有机硫产物,而不是硫酸或硫酸氢盐,研究人员此前认为,这些物质构成了太阳系外行星上的大部分硫粒子。

“这一新信息意味着,如果你试图观察一颗系外行星的大气,并分析它的光谱,当你之前预期会看到其他产物时,你现在应该会看到这些有机硫产物。或者,至少,你应该知道他们在那里并不罕见。这将改变研究人员对他们看到的光谱的解释和解释,”他说。

同样,如果研究人员观察到系外行星的大气中有硫,这些发现应该会引导他们期待更多的雾霾粒子,因为少量的硫会使雾霾的产生速度增加三倍。再一次,这将改变研究人员如何解释他们的发现,并可能成为未来观察系外行星的关键。

他的发现还表明,许多硫产品可以在没有生命的实验室中产生。他说,在提出硫的存在是生命迹象之前,科学家们应该小心谨慎,排除光化学产生的硫。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://hub.jhu.edu/2020/04/07/sulfur-exoplanet-atmospheres/