נוגה נקראת פעמים רבות "הפלנטה האחות" של כדור הארץ. שתי הפלנטות דומות בגודלן, והן התלכדו מחומר דומה בערפילית השמש. אבל אם תשוו את האטמוספירות של כל הפלנטות הארציות, תגלו שהאטמוספירה של נוגה דומה יותר לזו של מאדים מאשר לזו של כדור הארץ. האטמוספירה של כדור הארץ עשויה כמעט כולה מחנקן (כ-78%) ומחמצן (כ-21%). לעומת זאת, האטמוספירות של נוגה ושל מאדים עשויות ברובן פחמן דו-חמצני (כ-95%). כרגע, כדור הארץ הוא הפלנטה היחידה הידועה שיש באטמוספירה שלה כמויות משמעותיות של חמצן. זו תוצאה לא צפויה בעליל. החמצן ידוע בפעילות הכימית הרבה שלו. אילו היה עודף חמצן באטמוספירה של פלנטה, היינו מצפים שיגיב עם חומרים אחרים. למשל, חמצן מגיב בקלות עם מינרלים של ברזל שבסלעים. הוא גורם לברזל "להחליד", ויוצר מינרלים אדומים כמו אלה שאופייניים למאדים. נוסף על כך, תגובות כאלה מתרחשות כנראה בתוך מיליוני שנים ספורים – פרק זמן קצר מבחינה גיאולוגית. לכן, אילו הייתם חייזרים שמחפשים חיים ביקום ומצאתם פלנטה שיש באטמוספירה שלה עודף חמצן, הייתם חושדים שמשהו יוצא דופן מחדש את החמצן הזה כל הזמן.
ומה עשוי להיות ה"משהו יוצא הדופן" הזה? בפלנטה שלנו – החיים. יצורים חיים רבים בכדור הארץ קולטים מולקולות כמו פחמן דו-חמצני (CO2) ומשחררים חמצן. יצורים שמבצעים פוטוסינתזה, כמו חיידקים כחוליים (ציאנובקטריה) וצמחים, אחראים בעיקר לשפע החמצן באטמוספירה. לפי השערה אחת על תולדות החיים בכדור הארץ, באטמוספירה של כדור הארץ הקדום היה מעט מאוד חמצן. רק כשהתפתחו מיקרואורגניזמים שמבצעים פוטוסינתזה, יכול היה להיווצר עודף של חמצן. היצורים האלה ייצרו חמצן מולקולרי (O2). באטמוספירה העליונה, קרינה אולטרה-סגולה מפרקת חלק ממולקולות החמצן לאטומים, והאטומים מתחברים למולקולות חמצן אחרות ויוצרים אוזון (O3) – המולקולה שבולעת קרינה אולטרה-סגולה ומגינה על החיים בכדור הארץ. כשנוצרה שכבת אוזון והיה מספיק חמצן באטמוספירה, יכלו להתפתח צורות חיים מורכבות יותר.
כבר רמזנו על סיבה אחת לחשיבותו של החמצן לחיים. בצורת המולקולה שנקראת אוזון, החמצן מועיל מאוד בהגנה על החיים שעל פני כדור הארץ. חושבים שלפני היווצרות האוזון היו החיים מוגבלים לאוקיינוסים, כי גם כמויות גדולות של מים יכולות לחסום קרינה אולטרה-סגולה. מלבד תפקידו כמגן פלנטרי, החמצן חשוב לתהליכים הכימיים של יצורים רבים בכדור הארץ. כשיצורים מפרקים מולקולות אורגניות, כמו סוכר, כדי להפיק אנרגיה לחיים, התגובה הכימית נקראת נשימה. ברוב היצורים המורכבים, כמונו, התהליך נקרא נשימה אירובית – "אירובית" פירושו בנוכחות חמצן. אפשר לכתוב את התגובה הכללית כך:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
שימו לב שהחמצן המולקולרי נמצא בצד השמאלי של התגובה. אפשר להשתמש במקומו גם במולקולות אחרות (כמו ניטרט, סולפט או פחמן דו-חמצני, שממנו נוצר אז מתאן). אבל מכל המולקולות האפשריות, החמצן המולקולרי מספק את האנרגיה החופשית הרבה ביותר. יצורים חיים התפתחו כך שינצלו את האנרגיה הנוספת הזו. לכן רוב היצורים המורכבים מבצעים נשימה אירובית, ולא נשימה אנאירובית – "אנאירובית" פירושו בלי חמצן.
מכיוון שעודף חמצן באטמוספירה יכול להיות סימן לחיים, ומכיוון שחמצן יכול לתת ליצורים חיים יתרון אנרגטי, הגיוני שאחד הדברים שהמדענים יחפשו בפלנטות אחרות הוא חמצן. סוף סוף אנחנו קרובים לטכנולוגיה שתאפשר לגלות אטמוספירות של פלנטות שהשתנו בגלל תהליכים של חיים. טלסקופ החלל ג'יימס ווב כבר מודד את הרכב האטמוספירות של כמה פלנטות מחוץ למערכת השמש, ומתוכננות כמה משימות חלל עתידיות, כמו מצפה העולמות הראויים למגורים (Habitable Worlds Observatory) של נאס"א, שיחפשו בפלנטות כאלה סימנים לחיים.
→ הסעיף הקודם: 6.34 ההרכב ה"רגיל" של אטמוספירה | הסעיף הבא: 7.1 פלנטות גז ענקיות ←