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金星_天文行星|金星大气中发现了不该存在的物质

金星_天文行星|金星大气中发现了不该存在的物质
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在金星高层大气中发现磷化氢分子的艺术想象图 。 （ESO / M. Kornmesser / L. Cal ada & NASA / JPL / Caltech/图）
金星曾被视为地球的“孪生兄弟” ， 也曾因恶劣的表面条件而被认为不具备存在生命的可能性 。 但随着对金星的了解不断加深 ， 科学家逐渐发现金星大气中也许存在生命的“避风港” 。 在一项最新研究中 ， 研究人员就指出在金星大气中可能存在生命的迹象 。
2020年9月14日 ， 一个由卡迪夫大学、剑桥大学、曼彻斯特大学、麻省理工学院等机构的研究人员组成的研究团队在《自然·天文学》（NatureAstronomy）发表论文 ， 宣布他们使用位于智利的阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）和位于夏威夷的麦克斯韦望远镜（JamesClerkMaxwellTelescope）在金星大气中发现了磷化氢（PH3） 。 他们在论文中提出 ， 目前已知的各种机制都不足以解释观测到的磷化氢 ， 因此推测金星大气中可能存在能够产生磷化氢的初等生命 。
磷化氢是一种难闻、有剧毒的可燃气体 ， 对人类和地球上的绝大多数生命来说 ， 磷化氢就是杀手 。 在第一次世界大战期间 ， 磷化氢就曾作为化学武器使用 。 但是 ， 磷化氢同时却是一些生活在垃圾堆、沼泽或者动物肠道中的厌氧微生物的代谢产物 。
在这项研究中 ， 研究人员把磷化氢作为生命存在的迹象 。 他们认为 ， 磷化氢本不应该在金星大气中存在 ， 或者本不应该被探测到 。 首先 ， 磷化氢极难产生 。 其次 ， 磷化氢很不稳定 ， 金星大气中的环境会在磷化氢积累到足以被探测到的量之前就将它们破坏 。 因此 ， 此次科学家探测到金星大气中的磷化氢 ， 不仅可以推断金星大气中存在可以产生磷化氢的生命活动 ， 而且可以进一步推断这种活动目前仍持续、稳定地存在 ， 才能够产生大量的磷化氢并达到科学家观测到的丰度 。 这种“生命活动”既有可能与地球上的厌氧微生物合成磷化氢的过程类似 ， 也可能是一种完全未知的生命机制 。
目前 ， 科学家在太阳系中搜索生命存在的迹象时 ， 主要瞄准火星和一些卫星 ， 比如土卫二、土卫六、木卫二等 。 事实上 ， 与火星相比 ， 金星与地球看起来更为相似 ， 在很长时间里都被认为是地球的“孪生兄弟” 。 金星的体积是地球体积的87% ， 质量是地球的82% ， 引力情况也和地球类似 。 同时 ， 金星也位于太阳系的宜居带中 ， 具备存在液态水的条件 ， 被大气覆盖 ， 因此有孕育生命的可能 。 但是 ， 半个多世纪以来的研究表明 ， 金星表面的条件极其恶劣 ， 几乎不可能存在生命 。
不过 ， 科学家同时认为 ， 在金星的大气中有存在生命的可能性 。 金星表面压强大 ， 温度高 ， 但在高层大气中 ， 存在温度和压力相对适宜的区域 。 金星大气中富含二氧化碳 ， 充满硫酸云 ， 强酸性的环境不是生命存在的理想条件 。 但是 ， 随着对地球生态系统的认识不断拓展 ， 科学家发现在地球上如热泉或者火山的极端环境中也存在生命 ， 因此不排除在金星大气中存在生命的可能性 。 著名天文学家卡尔·萨根（CarlSagan）就曾于1967年在《自然》（Nature）发表文章 ， 探讨金星云层中存在生命的可能性 。
半个多世纪以来 ， “云上生命”的想法不曾间断 。 2017年 ， 这篇论文的第一作者、卡迪夫大学的简·格里维斯（JaneGreaves）和同事使用麦克斯韦望远镜观测金星的大气 ， 从中发现了磷化氢存在的迹象 。 2019年 ， 这个研究团队使用精度更高的阿塔卡玛大型毫米/亚毫米阵列再次探测金星大气 ， 又发现了磷化氢 。 他们根据观测计算出这些分子位于金星地表上方约51-60千米处 ， 正是金星大气中温度和压力相对适宜的区域 。 同时 ， 他们根据信号的强度计算出磷化氢的丰度大约为20ppb ， 至少是地球大气中磷化氢丰度的1000倍以上 。
事实上 ， 非生命过程也可以产生磷化氢 。 例如 ， 科学家此前就发现 ， 在外太阳系中 ， 木星和土星的内部可以合成磷化氢 。 在这些巨行星的中心附近 ， 温度和压力高到足以制造出磷化氢分子 ， 随后磷化氢会上升并进入大气 。 但是 ， 在金星这样的岩质行星上 ， 温度和压力条件不如巨行星那样极端 。 研究人员经过模拟后认为 ， 金星上不可能以和巨行星相同的机制产生磷化氢 。
在与生命活动关联之前 ， 研究团队希望了解金星上的非生命过程能否产生观测到的磷化氢 。 他们考虑了所有能想到的可能性 ， 包括金星火山释放的气体、密集的闪电、板块运动以及宇宙尘埃等选项 。 然而 ， 根据他们的计算 ， 以上任何过程都无法产生他们观测到的磷化氢丰度 。 这样一来 ， 摆在他们面前就还有两个选项：一是金星上某种未知的地质过程或者光化学反应可以产生磷化氢；二是金星上存在某种可以产生磷化氢的生命活动 。
不过 ， 研究团队也指出 ， 这篇论文只是提出了两种可能性 ， 断言在地球以外发现生命还为时尚早 。 有科学家认为 ， 论文中的磷化氢信号也可能是由望远镜观测或者数据处理导致的误差 。 论文的共同作者、麻省理工学院博士后研究员克莱拉·索萨-席尔瓦（ClaraSousa-Silva）也认为 ， 需要进一步的研究来确认此次公布的发现 。 他们原计划使用由美国国家航空航天局（NASA）和德国航空航天中心共同运营的同温层红外线天文台（SOFIA）以及NASA位于夏威夷的红外望远镜设备进行进一步观测 ， 但是新型冠状病毒肺炎疫情打乱了他们的计划 。
金星_天文行星|金星大气中发现了不该存在的物质
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日本拂晓号金星探测器拍摄到的金星大气的伪彩色图像 。 （JAXA/图）
目前 ， 在人类寻找地外生命的研究中 ， 寻找作为“生命迹象”的气体成分——比如氧气或者甲烷——是一个重要的方向 。 行星科学家、美国加州大学圣克鲁斯分校教授林潮（DouglasLin）就曾在接受采访时表示 ， 他对未来十几年内发现地外生命持乐观态度 。 他强调 ， 这里所谓的“发现”并非“用望远镜直接看到地外生命” ， 而是观测系外行星大气层的光谱特征 ， 推测大气中可能含有哪些气体成分；如果探测到作为生命活动产物的气体 ， 比如早期地球上蓝藻产生的氧气 ， 又完全排除其他可能产生这种气体的机制 ， 就可以认为发现了地外生命 。 研究人员此次对金星大气中磷化氢的研究正是在这条道路上迈出的重要一步 。
格里维斯表示 ， 她希望这项研究能唤起重返金星的热情 。 如果科学家能够发射探测器到达金星大气并完成采样返回 ， 那就可以直接检验磷化氢是否存在 。 令人期待的是 ， 目前几个金星探测计划已经在筹备中 ， 包括入选NASA“发现”（Discovery）项目决选名单的“达芬奇+”（DAVINCI+）金星探测器 。 随着这些计划中的探测器在未来飞向金星 ， 我们对金星的物理、化学条件将会有更加深入的了解 ， 金星是否存在生命这个问题也许在不久后就会有一个明确的答案 。
【金星_天文行星|金星大气中发现了不该存在的物质】南方周末特约撰稿鞠强


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