为什么地球上氦这么少(地球上氦元素为什么很少)

一直以来，科学家依靠现有和不断创新的理论标准在太阳系甚至系外行星去寻找生物信号：早前，系外行星宜居的标准是一些生命的基础成分，比如氧气和甲烷。但一项新的研究表明，大气层中含有氢的系外行星是寻找外星生命的最佳场所。

这个想法让人匪夷所思，因为氢通常不被认为是一种生物信号，尽管有些细菌在分解有机物时会产生氢。但这并不意味着氢能够让生物繁衍，必然有其他原因，使得在大气中含有氢的行星成为寻找生命的固体目标。

据相关研究人员表示，地球上有各种各样的可居住世界，他们已经证实，地球上的生命可以在富含氢的大气中生存。也就是说氢气星球标准可能是寻找生命迹象的理想场所。这并不是因为氢本身就是生命存在的信号。

这是因为氢比地球大气中的氮和氧等元素轻得多。这意味着氢大气可以更深入地延伸到太空，因为氢气的低密度导致了大气的膨胀，并且更容易被我们的望远镜观测到。

这一说法没有任何争议。但是生命能在这样的环境中生存吗？在这种情况下，生命抵御这种外来环境的能力还没有得到检验。这就引出了这项研究的重点。

该研究证明，通常不居住在以氢气为主的环境中的单细胞微生物（大肠杆菌和酵母）能够在100%的氢气环境中生存和生长。从那里，科学家们指出了微生物在氢环境中可以产生的各种气体。

这项研究描述了大肠杆菌产生的数十种不同气体的惊人多样性，其中包括许多已经被提议作为潜在生物签名气体的气体……。其中包括一系列生物信号：一氧化二氮、氨、甲硫醇、二甲基硫、羰基硫和异戊二烯。这些都是实验室的结果，可以帮助科学家确定哪些外星大气可能存在可探测生命。

通过该研究，科学家证实，地球上有各种各样的可居住世界，而地球上的生命可以在富含氢的大气中生存。在地球的过去，大气与今天大不相同。没有氧气，大气中含有二氧化碳、甲烷和少量氢。后来出现了所谓的大氧合事件（GOE），大氧合事件（GOE）早在23.3亿年前就开始了，科学家认为这一时期标志着氧气在大气中永久存在的开始。

然而在大氧合时期，地球的历史发生了变化。大约24亿年前，有证据表明分子氧开始在大气中积聚。氧气有一个生物来源：蓝藻。

蓝藻

蓝藻，是地球上最早的生命形式之一。当它们把大气变成氧化性大气时，其他生物就灭绝了。事实上，当时地球上几乎所有的生命都灭绝了，同时，多细胞生命的道路也被铺平了。

但即使在大氧合时期之后，氢仍在地球大气中徘徊。一些古老的生命，包括产甲烷菌，消耗了它。产甲烷菌生活在地球的极端环境中，比如温泉、沙漠土壤深处、冰层深处和热液喷口。在那里，它们吃氢和二氧化碳，产生甲烷。据数据统计，产甲烷菌可以在80%的氢气环境中生长，至少在实验室是这样。但根据数据，目前还没有多少研究探索其他微生物如何能耐受富含氢的环境。

在这项研究中，研究小组表示，超级地球的大气中可以有氢气，既可以从气体中释放出来，也可以从它们形成时的原行星盘中捕获氢气。小于约1.7倍地球半径的小行星可能是由H2大气形成并维持它们的，前提是行星含有足够的形成铁，前提是行星也含有水，水和铁发生反应。而且离恒星较远的行星可能能够留住氢，而氢可以被恒星辐射剥离。科学家还指出，不同的系外行星可以通过不同的过程和环境在其大气中产生氢。

研究小组将重点放在两种生物上，看它们是否能在100%氢气的环境中存活：简单的原核生物大肠杆菌和更复杂的真核生物酵母。两者都是科学家们研究了很长时间的很好理解的生物体。这使得设计实验更容易。

研究小组分别培养了酵母和大肠杆菌。然后，他们把培养物放在瓶子里，瓶子里装着一种富含营养物质的汤，这种物质可以让生物体进食。然后，他们从瓶子里取出氧气，换成不同的感兴趣的气体，例如100%的氢气。

每小时，他们从瓶子里提取一个样本，然后计数活的微生物。取样过程长达80小时。起初，随着微生物迅速吸收营养，种群数量激增。然后人口趋于平稳。当新的微生物取代死亡的微生物时，它保持稳定。

一直以来，科学家认为纯的100%H2大气是一个控制因素；如果生命能在100%H2大气中生存，那么它也能在H2主导的大气中生存。试验表明，100%的氢大气对通常不居住在富含氢环境中的微生物没有有害影响。在自然界中，很可能没有100%氢大气的行星。

团队中没有人对结果感到惊讶，他们也没想到其他人会感到惊讶。氢对生物体没有毒性，尽管它不是惰性气体。不过，这个实验对证明这一点很重要。

大肠杆菌（左）和酵母（右）的生长曲线。

当然，氢本身并不是微生物的食物来源。那不是实验的目的。研究人员想证明，只要有食物来源，生命就可以存在于氢环境中，而氢气氛并不排除生命存在的可能性。

这项研究的关键不是氢支持生命。用望远镜更容易看到氢的大气，因为它们更膨胀。因此，在寻找寻找生物信号的目标时，最好对有氢大气层的行星进行观测。

氦是人类已知第二轻的气体，仅次于氢气。但是氦有许多应用，这使得它非常有用和实用。氦比空气轻得多和是惰性的，这意味着当你将它与空气和能量结合时，它不会燃烧。除了比空气轻之外，氦在科学上非常有用。液氦的沸点只有4开尔文，用来冷却地球上一些最强大的电磁体，包括费米实验室和大型强子对撞机的电磁体。

液态氦作为超流体，这种流体有许多有趣的特性，包括绝对没有粘性，一旦开始运动，它永远不会停止或失去能量！但是氦在地球上非常罕见，我们快用完了。虽然氦是宇宙中第二常见的元素(仅次于氢)，但它在地球上是罕见的。只有两个地方可以找到氦。首先是地球的大气层。外层——大气层的最上层含有少量氦。与大气层的其他部分相比，百万分之五是氦，这意味着从大气中提取氦非常低效和昂贵，所以我们人类不会去做。

那么，我们从哪里得到氦呢？信不信由你，我们从地下！放射性！你看，当地球形成时，它充满了一系列不稳定的元素，包括元素周期表上所有比铅重的元素，如铀、钍、镭和氡。由于这些元素不稳定，它们会放射性衰变。尽管这些元素中的一些(平均)需要数十亿年才能衰变，但地球已经存在了数十亿年了！不仅如此，粒子还有三种衰变方式。发现的第一种类型-α衰变-是当放射性粒子发射出氦核！氦气。

因此，如果你得到一种合适类型的放射性元素的矿石，并且你等待了数百万(甚至数十亿)年，建造一个巨大的地下氦库！这些地下储存库是存在的，所以为所有的科学(和非科学)目的提供氦。但是坏消息呢？当我们用完它，我们将不得不等待百万年前或者想出一些不太昂贵的方法从大气中回收它。(它太贵了，很多人都在想开采月球，当我们离开地球的时候！) 地球上的氦是稀缺的。我们现在放的氦气球花了数百万年才产生，一旦它们消失，将会消失几千年。所以要小心拥有珍贵的东西，氦确实是不可替代的。