據外媒報導，科學家稱，大氣中的氧氣可能不是一種完全可靠的“生物信號”。在尋找其他行星上的生命時，一顆行星的大氣中是否存在氧氣是一種潛在的生物活動跡象，未來的望遠鏡可能會探測到這種跡象。然而，一項新研究描述了這樣一種例外情況：一顆圍繞著類太陽恆星的沒有生命的岩石行星可能會進化到大氣層中有氧氣。

對此，於2021年4月13日發表在《AGU Advances》的研究論文強調了下一代望遠鏡的需求，即這些望遠鏡除了探測氧氣外還要能夠表徵行星環境並尋找多條線索的生命證據。

在未來的幾十年裡，也許到21世紀30年代末，天文學家希望能擁有一架望遠鏡，它能對類日恆星周圍可能類似地球的行星拍攝圖像和光譜。論文合著者、天文學家與天體物理學教授、加州大學聖克魯茲分校(UCSC)Other Worlds實驗室負責人Jonathan Fortney指出，他們的想法是將目標定位在跟地球相似到可能有生命存在的行星上並能描述出其大氣特徵。“關於探測到的氧氣是否’足夠’成為生命的跡像已經有過很多討論。這項研究確實說明了需要了解你的檢測背景。除了氧氣還有哪些分子被發現或沒有發現，這對我們了解這個星球的進化有什麼啟示？”

這意味著天文學家將需要一個對波長范圍很寬的望遠鏡，這樣他們才能探測行星大氣中不同類型的分子。

研究人員將他們的發現建立在一個詳細的、端到端的計算模型上。該模型描述了岩石行星的演化過程–從它們的熔融起源開始，一直延伸到數十億年的冷卻和地球化學循環過程。研究人員通過改變模型行星中揮發性元素的初始庫獲得了令人驚訝的廣泛結果。

當高能紫外線將高層大氣中的水分子分解成氫和氧時，氧氣就開始在行星的大氣層中積累。輕量的氫會優先逃逸到太空中，留下氧氣。其他過程則會從大氣中除去掉氧氣，比如熔融岩石釋放出的一氧化碳和氫氣會跟氧氣反應，岩石的風化也會吸走氧氣。這些只是研究人員在他們的岩石行星地球化學演化模型中納入的幾個過程。

研究論文第一作者Joshua Krissansen-Totton則指出：“如果你用我們認為的最初的揮發物庫存來運行地球的模型，那麼你會可靠地得到每次相同的結果–如果沒有生命你就不會在大氣中獲得氧氣。但我們也發現了在沒有生命的情況下也能獲得氧氣的多種情況。”

比如一顆跟地球類似但一開始就擁有更多水的行星，其最終會形成很深的海洋從而給地殼帶來巨大的壓力。這有效地停止了將從大氣中除去氧氣的地質活動如岩石融化或風化。

在相反的情況下，當行星開始時只有相對少量的水時，最初熔化的行星的岩漿表面可以迅速凍結，而水仍留在大氣中。這種“蒸汽大氣”在上層大氣中註入了足夠的水，當水分解、氫逸出時則就可以積累氧氣。

第三種可能導致大氣中出現氧氣的情況是，有一顆行星在其他方面跟地球相似，但一開始二氧化碳跟水的比例比地球更高。這就導致了失控的溫室效應，此時，溫度過高從而導致水無法從大氣中凝結到這顆星球表面。

Krissansen-Totton說道：“在這種類似金星的情況下，所有的揮發物都是從大氣中開始的，只有很少的揮發物留在地幔中被釋放出來並吸收氧氣。”

他指出，以前的研究主要集中在大氣過程，而本研究中使用的模型則探索了地幔和地殼的地球化學和熱演化以及地殼和大氣之間的相互作用。