Research Abstract
チタニアによって太陽系外の生命居住可能惑星に非生物的酸素大気が生じる可能性
Titania may produce abiotic oxygen atmospheres on habitable exoplanets
2015年9月10日 Scientific Reports 5 : 13977 doi: 10.1038/srep13977
天文学の分野では、現在宇宙における太陽系外の生命居住可能惑星の探索が活発に行われている。そうした太陽系外の生命居住可能惑星において、生命が存在するかどうかを明らかにすることは、将来の最も大きなマイルストーンであろう。その点において、大気中の酸素の存在は、光合成生物の存在を示す強力な証拠であると考えられてきた。本論文では、太陽系外惑星の表面で、これまで考慮されていなかった酸化チタン(IV)（チタニア）による光触媒反応によって、近紫外（NUV）光の下で液体の水から非生物的に酸素が生成されうることを示す。チタニアは、この過程で光触媒として働いて液体の水を解離する。この機構は、これまでに検討されてきた極端紫外（XUV）光による惑星上層大気の水蒸気の光解離反応とは別の、太陽系外惑星大気における非生物的な酸素供給源となる可能性がある。本研究のオーダー評価によれば、この非生物的機構によって生成しうる酸素大気の量は、この機構が働く総表面積に応じて、現在の地球大気に匹敵するか、それよりさらに多くなりうることを示している。我々は、太陽系外の生命居住可能惑星において、チタニアが生命の偽検出をもたらす原因となりうる可能性があると考える。
Norio Narita, Takafumi Enomoto, Shigeyuki Masaoka & Nobuhiko Kusakabe
Corresponding Author
The search for habitable exoplanets in the Universe is actively ongoing in the field of astronomy. The biggest future milestone is to determine whether life exists on such habitable exoplanets. In that context, oxygen in the atmosphere has been considered strong evidence for the presence of photosynthetic organisms. In this paper, we show that a previously unconsidered photochemical mechanism by titanium (IV) oxide (titania) can produce abiotic oxygen from liquid water under near ultraviolet (NUV) lights on the surface of exoplanets. Titania works as a photocatalyst to dissociate liquid water in this process. This mechanism offers a different source of a possibility of abiotic oxygen in atmospheres of exoplanets from previously considered photodissociation of water vapor in upper atmospheres by extreme ultraviolet (XUV) light. Our order-of-magnitude estimation shows that possible amounts of oxygen produced by this abiotic mechanism can be comparable with or even more than that in the atmosphere of the current Earth, depending on the amount of active surface area for this mechanism. We conclude that titania may act as a potential source of false signs of life on habitable exoplanets.
