行星早期氧氣可能來自水分子在極紫外光下分解

氧氣是生命起源和進化的重要條件，天文學家已在地球等少數行星的大氣中觀測到氧氣，但對於這些氧氣的來源，業界的爭議很大。中國科學院大連化學物理所研究員袁開軍、楊學明院士團隊，與南京大學教授謝代前合作，發現水分子在極紫外波段光照下能夠三體解離產生氧原子，兩個氧原子結合生成氧分子，為行星早期大氣中氧氣的起源提供了新思路。

此前有觀點認為，氧氣主要是由二氧化碳光合作用產生，即利用光能把二氧化碳二氧化碳產生一氧化碳和氧原子，兩個氧原子復合產生氧氣。最近的天文觀測發現，楚留莫夫-格拉希門克彗星（67P/Churyumov–Gerasimenko）大氣層中存在大量氧氣和水，兩者的濃度具有較強的相關性。研究認為，彗星中氧氣的形成可能與水相關，但相關的機制並不清楚。袁開軍團隊利用大連相干光源超高亮度的極紫外激光光束，系統研究水分子光能化學過程。研究團隊將解離波長縮短至90至110納米（nm)，照射水分子，發現發生三體解離，產生一個氧原子和兩個氫原子。團隊成員猜想，兩個氧原子復合產生氧氣有可能是這些環境中氧氣的重要來源。結合早期太陽光的輻射強度和水分子吸收光譜分析，發現水分子光解產生氧原子的概率約為20%。

袁開軍表示，水在宇宙星雲、彗星大氣以及地球早期大氣層中大量存在，水分子三體解離過程直接將氧氣和水關聯起來，對尋找生命星球具有重要意義。

【圖：互聯網；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2021年4月30日出版的《自然-通訊》期刊