地狱般的金星,都有生命的可能?科学家们怎么看?
2020-09-16 20:16

地狱般的金星,都有生命的可能?科学家们怎么看?

本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),编译:Gabrielle,采访、编辑:田晓娜,题图来自:《E. T. 外星人》


由英国卡迪夫大学简·格里弗斯(Jane Greaves)教授带领的国际天文学家研究团队近日宣布,金星大气层中含有一种罕见的分子:磷化氢(PH3)。其丰度为20ppb(亿分之二)


金星大气层中检测到磷化氢分子


磷化氢是地球上最难闻的气体之一,味道像是腐烂的鱼,常见于池塘淤泥和企鹅粪便中。


这种气体只因工业用途生产,或由微生物在无氧环境中生成。因此这种由磷和氢组成的磷化氢分子可能意味着外太空中存在生命。这一发现刊登在了《自然天文学》杂志上。


然而科学家们声明,这一发现究竟意味着什么还无从知晓,并在论文的结论中指出“这并不是一个证明生命存在的强有力证据,只是反常的、待解释的化学现象”,亟待更深层的研究加以确认。


南京大学天文与空间科学学院副教授刘慧根教授造就接受采访时,这并不是我们第一次在行星上发现磷化氢,过去我们曾在木星,包括木星的卫星上也发现过磷化氢。


但之所以这个发现比较重要,是因为探测到的磷化氢浓度,无法用现有的非生物性来源解释。


但基于已知的关于金星的常识来看,他们排除了其他的解释。


一、金星:地狱行星


金星在太阳系中排第二,以罗马神话中象征爱与美丽的女神命名,也是唯一一个以女性名字命名的行星。


金星的一些物理特征和地球高度相似,其半径是地球的0.95倍,公转轨道半径是地球的0.72倍,表面引力是地球的0.9倍。然而,与地球不同的是,金星的自然环境在太阳系里最恶劣,堪称“地狱行星”。


在星球的演变过程中,一点小小的变化都有可能改变星球的命运


金星是太阳系中温度最高的行星。虽然距离太阳不是最近的,但它密实的大气层如同加强版的地球温室效应,能牢牢锁住热量。


因此金星温度高达880华氏度(471摄氏度),熔化掉铅绰绰有余。宇宙飞行器在登陆金星后停留几个小时即遭毁坏。


金星大气层的环境同样险恶,主要由二氧化碳和硫性酸组成,仅有少量水分。它的大气层比任何行星都要厚重,使得其地表压强是地球的90倍,跟水下3300英尺(1000米)的压强差不多。


金星地表温度高达471摄氏度,足以熔化铅和锌


金星表面极其干燥。在演化过程中,来自太阳的紫外线快速蒸发了水分,使其长期处于灼热状态。金星表面没有液态水,因为充斥臭氧的大气形成了超强热量,能使水分迅速蒸发。


这个热得足以熔化铅的酸性行星,从来不是科学家研究外太空是否存在生命的重点对象。


因此,未参与该研究的专家们称这一发现为“极其振奋的成果”,指出它至少可以证明金星上存在极其不寻常的生态模式。


“这里的环境的确极其险恶,我对此并没有言过其实”,威斯明斯特大学天体生物学家路易斯·达特奈尔(Lewis Dartnell)说,“金星温度高,酸性极强。我不认为包括我在内的任何一个天文生物学家,会把金星当做首要研究对象。”


他指出了更好的研究选择,比如有着冰外壳的木卫二(Europa),以及火星。“但我们绝对不会选择就在另一边的邻居——金星。”


在木卫二崎岖不平的地壳下方,有一片巨大的海洋,被认为是太阳系中最有希望存有生命的地方


刘慧根教授表示,此次发现磷化氢的位置,实际上不是在金星表面,而是在金星大气中层,高度在五十公里附近。


这个位置的金星大气压接近1个标准大气压,温度大概是在20到30摄氏度,所以这个位置的环节和地表接近,可能适合生命存在。


所以这也容易让人们怀疑金星上的磷化氢是由生命产生的。


二、生命的迹象:对磷化氢来源的猜测


研究团队目前没有找到磷化氢产生的原因。


在详尽研究了稳态化学和光化学途径之后,他们排除了金星大气、云层、地表和地下等非生物生成途径的可能性,以及闪电、火山和陨石的传递。


科学家们在金星大气中发现了一张侧面的“笑脸”图案,这张笑脸延伸超过1万公里,非常巨大 


“磷化氢可能源自于未知的光化学或地球化学过程,或者类似于地球上生命体产生磷化氢的过程。”埃米莉·德拉贝克·蒙德(Emily Drabek-Maunder)表示。


她是该论文的作者之一,皇家格林尼治天文台(Royal Observatory Greenwich)的一名天文物理学家。


埃米莉说:“我们的研究不能作为生命迹象存在的定论,然而在金星大气层中发现这种罕见的气体着实令人振奋。”


“就我们目前对金星的了解来看,我们团队还无法解释磷化氢的来源。我们尝试对火山运动、阳光甚至闪电构建模型来解读金星大气层中发生的现象,但都无法创造出我们所发现的磷化氢。


伦敦帝国理工学院的科学家大卫·克莱门茨(David Clements)同为该论文作者,他把这一发现比作侦探剧情节:“这不是找到了刚刚开火还冒着烟的枪,也不是从首要嫌疑人手里发现了开火的残留物证,这不过是在房间里闻到了枪弹的火药味。”


“这是在金星大气层发现某种潜在生命形式的一小步,但最终敲定金星存在生命,我们之后还得走很远很远的路。”


其实,这一发现颇具偶然性,研究者原本想通过检测金星环境中是否存在磷化氢来建立一个技术基准线。


“我们没料到真的检测得到。”克莱门茨博士如是说。这一检测意外地让人发现金星大气层含有的磷化氢,而且其含量足以检测得到。


研究团队分别使用美国的麦克斯韦望远镜和智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列望远镜作了进一步研究,以确认金星大气中确实含有磷化氢。


位于夏威夷的麦克斯韦望远镜观测金星


数据探测到一个只属于磷化氢的光谱特征,显示金星大气层大约每10亿个分子中有20个磷化氢分子,含量非常非常低。


金星大气层中检测到的磷化氢光谱特征


刘慧根教授说:“磷化氢并不是稳定存在的气体,很容易和其他物质发生反应,变成磷酸盐或被分解。所以在这种情况下,如果我们能够稳定观测到磷化氢,说明金星上一定有一个持续不断产生磷化氢的机制,让它在大气中的消耗和累积达到平衡。”


考虑现有的磷化氢非生物性来源的各种机制,都没有办法产生所观测到的含量。


在这种情况下的话,科学家们猜想,会不会有另外一种可能性,就是生物性来源,在金星上提供了一个持续的磷化氢产生渠道。


所以,有一种大胆的猜测:即金星大气中存在生命,才产生了磷化氢。这也是最引人入胜的一种猜测。


麻省理工学院的行星科学家萨拉·西格(Sara Seager)表示:“这一发现无疑令人震惊且出乎意料,肯定会推动更多对金星大气层是否存在生命可能性的研究。”


乔治敦大学的行星科学家莎拉·斯图尔特·约翰逊(SarahStewart Johnson)未参与该研究,她回应道:“这恰恰是我们应该跟进研究的惊人发现。磷化氢可能是生物活动产生的,这的确增加了发现生命存在的几率。”


三、不同的声音:质疑不断


然而,美国行星科学研究所的资深科学家大卫·格林斯彭(David Grinspoon)对此有不同的看法。


他说道:“这着实令人兴奋,但我们的第一本能反应是质疑结果是否真实。当有人宣布一个前所未有的发现时,我们会忍不住想他们是否哪里搞错了。”


专门研究地球微生物的美国宇航局天体生物学家佩内洛普·波士顿(Penelope Boston)也持怀疑态度,“金星就算有任何生命,都更有可能是早期占主导地位生物圈的遗迹了。我认为现在的金星是一个惨不忍睹的地狱,还能保留多少古老的生命信号呢?”


金星极端的环境被认为很难有生命的存在


刘慧根教授也认为存在其他的可能性。


金星上的磷化氢不能用现有的非生物来源解释,是基于目前我们已知到的磷化氢的产生机制,可能在金星大气中还存在其他未知的机制,产生磷化氢。


科学家们现在希望开展更深入的研究以便更好地理解金星所发生的现象。


这将包括对金星进行长期观测,了解其磷化氢含量是否会在一年内发生变化。


科学家随即可以研究这段时间内的趋势和变化,从而找到更多有关磷化氢来源的线索,以及磷化氢是否与外太空存在生命迹象有关。


四、现实意义:对未来的影响


以下文字节选自造就对刘慧根教授的采访:


一个直接影响是,以后未来的深空探测规划,金星的优先级可能会大大提高。


目前火星探测非常火,我们中国刚刚发射了”天问”。火星探测之所以如火如荼,是因为科学家认为火星和地球比较接近,它上面有可能存在生命,而且它没有浓密的大气,我们可以直接观察它的表面,也能够发射一些着陆器去火星表面进行探测。


但是金星的大气层非常浓密,我们很难对金星表面进行探测。再加上它的表面温度高达500摄氏度,以前普遍认为金星地表是很难存在生命的,但是这次的发现可能会改变我们的认识,把我们的探测目光从金星的表面,转移到金星的大气中。


未来深空探测的目标,有可能从火星探测转为金星探测,让金星探测成为各国深刻探索的下一个焦点。


金星上发现硫化氢,会未来的科研方向产生重大影响


另外一方面,我们也比较关心生命的起源。


金星的环境比较热,大气浓密,还是还原性的大气,和地球早期大气有类似之处。


研究金星大气中的微生物,包括它们的产生,演化,生命形态,将会对我们了解地球上的生命起源和演化有重要的借鉴作用。


一旦确认金星上面存在生命,我们可以研究金星这种恶劣环境下的生命形态、生命怎样适应恶劣环境,然后在地球上借鉴这些生物的自我保护机制,在仿生学方面可以有应用,让人类能在更恶劣的环境中开展探测。


此外,金星的微生物和地球上可能存在很大的不同,如果能很好地利用这些微生物,也可能会对我们的生活产生影响,例如我们平时酿酒,发酵面粉,都利用到了各种微生物。


在环保方面,也可能利用金星这种耐酸环境下的微生物,对有害物质进行降解,甚至微生物对环境进行改造,如改造金星大气或火星大气。


上述应用都是基于金星探测到生命的假设前提下才可能出现,而且对金星上的生物,还需要详细研究,需要长时间的研究和积累,才能转换到实际应用场景中去。


金星上面是否存在生命,相关的论文其实并没有明确结论,还需要更多后续探测。


五、当我们探索外星文明时,我们在找什么?


一直以来,不管是探索到外星文明的信号,或是发现外星生命的可能,还是向外太空发射寻找文明信号的新闻,这类新闻总是会激发人类浓厚的兴趣,而从古至今,人类也在孜孜不倦地发展技术探索外太空其他文明的可能性。


我们既害怕,又渴望与宇宙中另一个完全未知的生命形态乃至文明相遇。


一个悖论是:当我们在探索外星文明时,我们始终是以地球文明和地球生物形态,以及人类科技已知的水平逻辑在寻找外星文明,因此我们能找到的也只可能是自己的同类,或者自己的复制品。


为什么我们一定要寻找氢、碳、氮、氧等人类所需的元素?外星生命体可能根本不会呼吸氧气?可能它们是硅基生物?人类以自己为模版,是不是太自大了?


事实上,这样的方式,更多的是因为我们无可奈何,因为我们不知道除了地球之外的生命形式是如何运作的。在近乎无限的宇宙中,这似乎是一种绝望的尝试。


就像塔可夫斯基的科幻鼻祖电影《飞向太空》里的科学家所说:


塔可夫斯基《飞向太空》


文章参考

[1] https://ras.ac.uk/news-and-press/news/hints-life-venus

[2] https://www.space.com/44-venus-second-planet-from-the-sun-brightest-planet-in-solar-system.html

[3] https://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/venus-alien-life-signs-phosphine-nasa-today-b436565.html

[4] https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4


本文来自微信公众号:造就(ID:xingshu100),编译:Gabrielle,采访、编辑:田晓娜

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