Обнаружение кислорода в атмосфере экзопланеты является ключом к тому, что на ней может быть жизнь. На Земле фотосинтезирующие организмы поглощают углекислый газ, солнечный свет и воду и производят сахара и крахмалы для получения энергии. Кислород является побочным продуктом этого процесса, поэтому, если мы сможем обнаружить кислород в другом месте, он может оказаться своего рода маячком.

Но исследователи также настаивают на том, что кислород в атмосфере экзопланеты не всегда указывает на наличие жизни. Он становится биомаркером лишь в случае, если мы исключим все прочие способы образования кислорода.

Проблема в том, что ученые не могут их исключить.

Земля насыщена кислородом. Он составляет 46% земной коры и примерно такой же процент мантии, а атмосфера состоит из кислорода примерно на 20%.

Присутствие кислорода связано с Великим событием окисления, которое произошло около двух миллиардов лет назад. Древние цианобактерии выработали пигменты, которые поглощают солнечный свет и используют его для фотосинтеза. Кислород — это побочный продукт фотосинтеза, и у жизни было несколько миллиардов лет, чтобы накопить кислород в атмосфере, мантии и земной коре. Поэтому, если ученые находят кислород в атмосфере экзопланеты, это убедительно указывает на то, что жизнь может действовать. Простая жизнь может кипеть в океанах планеты, поглощая солнечный свет и выделяя кислород.

Однако новое исследование определило источник кислорода, который не зависит от жизни.

Новая работа, опубликованная в Science Advances, посвящена абиотическому способу получения кислорода из диоксида серы. Сера нередко встречается в небесных телах, и, поскольку вулканы производят серу и выкачивают ее в атмосферу, земные вулканические экзопланеты также могут содержать кислород в своих атмосферах. И жизнедеятельность бактерий тут не при чем.

Вместо этого высокоэнергетическое излучение звезды может ионизировать молекулу диоксида серы. Формула диоксида серы — SO2, и когда он ионизируется, молекула перестраивается и становится «двойной положительно заряженной системой». Тогда он имеет линейную форму с обоими атомами кислорода, примыкающими друг к другу, и атомами серы на другом конце. Атомы кислорода могут свободно дрейфовать по хаотическим орбитам, пока не образуют новые соединения.

Но составляющие молекулы могут не преобразоваться снова в SO2. Вместо этого сера может распасться, и останется простая положительно заряженная молекула кислорода. Тогда положительный заряд можно нейтрализовать, притянув электрон от другой молекулы. В результате останется просто молекулярный кислород (O2).

Это может объяснить тот факт, почему астрономы находят следы кислорода на Ио, Ганимеде, Европе и других небесных телах, совершенно непригодных для существования органической жизни из-за экстремальных условий.