臺北市立天文科學教育館

在探索系外適居行星與外星生命的過程中，地球的形成與演變過程，是天文學家最容易獲得資訊，並作為研究參考的重要演化模型。地球的大氣組成，在整個生物演化的歷史中，曾經發生過數次顯著的變化。從寒武紀生物大爆發的演化時期開始，地球大氣中的氧氣含量從10％驟升至35％。但在接下來的氧氣含量光譜變化，以及造成的臭氧、甲烷等物質相對含量的大氣光譜變化，卻是在尋找系外行星大氣中的生命跡證時，所缺乏的部分。

圖說：藝術家所呈現的系外行星系統 Gliese 3470，由於大氣中的高含氧量，更容易從太空望遠鏡辨識出來。因此由高階生命演化所衍生出的氧氣含量驟增現象，或許會成為搜尋外星生命的重要跡證之一。圖片來源：Sci News。

因此，天文學家運用了同步軌道碳循環觀測（Geostationary Carbon Cycle Observatory，簡稱為GeoCarb）和碳、氧、磷、硫的演化（Carbon,Oxygen,Phosphorus,Sulphur and Evolution，簡稱為COPSE）這兩種已知的生化環境演化模型，分別模擬了從新生代回溯至古生代，距今約1~5億年前的大氣組成與光譜，出現了預期之外的結果。

隨著海洋生物圈的發展出複雜的生物多樣化、森林的出現、擴展和陸地生物圈的繁榮，造成在上述的每個時程中，氧氣含量驟升與變化。由於氧氣含量提高，所造成的大氣光譜變化特徵對於太空望遠鏡來說，更容易辨識。因此，這或許就會是探尋高階外星生命的重要參考指標。

圖說：從古生代到新生代的大氣氧含量變化圖，其中實線部分是模擬結果，虛線部分是地球演化的實際過程，可以看到大氣中氧氣含量的驟升與降低變化。而望遠鏡可以更容易探測到大氣氧含量比現代地球更高的系外行星，就像處在恐龍時代的地球一樣。圖片來源：Sci News。

雖然這樣的演化過程不一定會出現在系外行星上，但是此模擬的研究結果卻剛好彌補了太空望遠鏡在探測系外行星時，所缺少的重要部分。同時這些不同大氣組成與氧氣含量的模擬結果，也為天文學家在運用高性能的太空望遠鏡，例如韋伯望遠鏡，觀測系外行星大氣的光譜與化學組成時，提供探索和研究的方向與指標。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Sci News。