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地獄般的金星,都有生命的可能?科學家們怎么看?

2020-09-16

    由英國卡迪夫大學簡·格里弗斯(Jane Greaves)教授帶領的國際天文學家研究團隊近日宣布,金星大氣層中含有一種罕見的分子:磷化氫(PH3)。其豐度為20ppb(億分之二)。

     金星大氣層中檢測到磷化氫分子

    磷化氫是地球上最難聞的氣體之一,味道像是腐爛的魚,常見于池塘淤泥和企鵝糞便中。

    這種氣體只因工業用途生產,或由微生物在無氧環境中生成。因此這種由磷和氫組成的磷化氫分子可能意味著外太空中存在生命。這一發現刊登在了《自然天文學》雜志上。

    然而科學家們聲明,這一發現究竟意味著什么還無從知曉,并在論文的結論中指出“這并不是一個證明生命存在的強有力證據,只是反常的、待解釋的化學現象”,亟待更深層的研究加以確認。

    南京大學天文與空間科學學院副教授劉慧根教授造就接受采訪時,并不是我們第一次在行星上發現磷化氫,過去我們曾在在木星包括木星的衛星上也發現過磷化氫。

    但之所以這個發現比較重要,是因為探測到的磷化氫濃度,無法用現有的非生物性來源解釋

    但基于已知的關于金星的常識來看,他們排除了其他的解釋


    01


    金星:地獄行星

    金星在太陽系中排第二,以羅馬神話中象征愛與美麗的女神命名,也是唯一一個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,其半徑是地球的0.95倍,公轉軌道半徑是地球的0.72倍,表面引力是地球的0.9倍。然而,與地球不同的是,金星的自然環境在太陽系里最惡劣,堪稱地獄行星”

    在星球的演變過程中,一點小小的變化都有可能改變星球的命運

    金星是太陽系中溫度最高的行星雖然距離太陽不是最近的,但它密實的大氣層如同加強版的地球溫室效應,能牢牢鎖住熱量。

    因此金星溫度高達880華氏度(471攝氏度),熔化掉鉛綽綽有余。宇宙飛行器在登陸金星后停留幾個小時即遭毀壞。

    金星大氣層的環境同樣險惡主要由二氧化碳和硫性酸組成,僅有少量水分。它的大氣層比任何行星都要厚重,使得其地表壓強是地球的90倍,跟水下3300英尺(1000米)的壓強差不多。

    金星地表溫度高達471攝氏度,足以熔化鉛和鋅


    金星表面極其干燥。在演化過程中,來自太陽的紫外線快速蒸發了水分,使其長期處于灼熱狀態。金星表面沒有液態水,因為充斥臭氧的大氣形成了超強熱量,能使水分迅速蒸發。

    這個熱得足以熔化鉛的酸性行星,從來不是科學家研究外太空是否存在生命的重點對象。

    因此,未參與該研究的專家們稱這一發現為“極其振奮的成果”,指出它至少可以證明金星上存在極其不尋常的生態模式

    “這里的環境的確極其險惡,我對此并沒有言過其實”,威斯明斯特大學天體生物學家路易斯·達特奈爾(Lewis Dartnell)說,“金星溫度高,酸性極強。我不認為包括我在內的任何一個天文生物學家,會把金星當做首要研究對象。”

    他指出了更好的研究選擇,比如有著冰外殼的木衛二(Europa),以及火星。“但我們絕對不會選擇就在另一邊的鄰居——金星。”

    在木衛二崎嶇不平的地殼下方,有一片巨大的海洋
    被認為是太陽系中最有希望存有生命的地方

    劉慧根教授表示,此次發現磷化氫的位置,實際上不是在金星表面,而是在金星大氣中層,高度在五十公里附近。

    這個位置的金星大氣壓接近1個標準大氣壓,溫度大概是在20到30攝氏度,所以這個位置的環節和地表接近,可能適合生命存在。

    所以這也容易讓人們懷疑金星上的磷化氫是由生命產生的。


    02


    生命的跡象:對磷化氫來源的猜測

    研究團隊目前沒有找到磷化氫產生的原因。

    在詳盡研究了穩態化學和光化學途徑之后,他們排除了金星大氣、云層、地表和地下等非生物生成途徑的可能性,以及閃電、火山和隕石的傳遞。

    科學家們在金星大氣中發現了一張側面的“笑臉”圖案
    這張笑臉延伸超過1萬公里,非常巨大 

    “磷化氫可能源自于未知的光化學或地球化學過程,或者類似于地球上生命體產生磷化氫的過程。”埃米莉·德拉貝克·蒙德(Emily Drabek-Maunder)表示。

    她是該論文的作者之一,皇家格林尼治天文臺(Royal Observatory Greenwich)的一名天文物理學家。

    埃米莉說:“我們的研究不能作為生命跡象存在的定論,然而在金星大氣層中發現這種罕見的氣體著實令人振奮。”

    “就我們目前對金星的了解來看,我們團隊還無法解釋磷化氫的來源。我們嘗試對火山運動、陽光甚至閃電構建模型來解讀金星大氣層中發生的現象,但都無法創造出我們所發現的磷化氫。

    倫敦帝國理工學院的科學家大衛·克萊門茨(David Clements)同為該論文作者,他把這一發現比作偵探劇情節:“這不是找到了剛剛開火還冒著煙的槍,也不是從首要嫌疑人手里發現了開火的殘留物證,這不過是在房間里聞到了槍彈的火藥味。”

    “這是在金星大氣層發現某種潛在生命形式的一小步,但最終敲定金星存在生命,我們之后還得走很遠很遠的路。”

    其實,這一發現頗具偶然性,研究者原本想通過檢測金星環境中是否存在磷化氫來建立一個技術基準線。

    “我們沒料到真的檢測得到。”克萊門茨博士如是說。這一檢測意外地讓人發現金星大氣層含有的磷化氫,而且其含量足以檢測得到。

    研究團隊分別使用美國的麥克斯韋望遠鏡和智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡作了進一步研究,以確認金星大氣中確實含有磷化氫。

    位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡觀測金星

    數據探測到一個只屬于磷化氫的光譜特征,顯示金星大氣層大約每10億個分子中有20個磷化氫分子含量非常非常低。

    金星大氣層中檢測到的磷化氫光譜特征

    劉慧根教授說:“磷化氫并不是穩定存在的氣體,很容易和其他物質發生反應,變成磷酸鹽或被分解。所以在這種情況下,如果我們能夠穩定觀測到磷化氫,說明金星上一定有一個持續不斷產生磷化氫的機制,讓它在大氣中的消耗和累積達到平衡。”

    考慮現有的磷化氫非生物性來源的各種機制,都沒有辦法產生所觀測到的含量。

    在這種情況下的話,科學家們猜想,會不會有另外一種可能性,就是生物性來源,在金星上提供了一個持續的磷化氫產生渠道。

    所以,有一種大膽的猜測:即金星大氣中存在生命,才產生了磷化氫。這也是最引人入勝的一種猜測。

    麻省理工學院的行星科學家薩拉·西格(Sara Seager)表示:“這一發現無疑令人震驚且出乎意料,肯定會推動更多對金星大氣層是否存在生命可能性的研究。”

    喬治敦大學的行星科學家莎拉·斯圖爾特·約翰遜(SarahStewart Johnson)未參與該研究,她回應道:“這恰恰是我們應該跟進研究的驚人發現。磷化氫可能是生物活動產生的,這的確增加了發現生命存在的幾率。”


    03


    不同的聲音:質疑不斷

    然而,美國行星科學研究所的資深科學家大衛·格林斯彭(David Grinspoon)對此有不同的看法。

    他說道:“這著實令人興奮,但我們的第一本能反應是質疑結果是否真實。當有人宣布一個前所未有的發現時,我們會忍不住想他們是否哪里搞錯了。”

    專門研究地球微生物的美國宇航局天體生物學家佩內洛普·波士頓(Penelope Boston)也持懷疑態度,“金星就算有任何生命,都更有可能是早期占主導地位生物圈的遺跡了。我認為現在的金星是一個慘不忍睹的地獄,還能保留多少古老的生命信號呢?”

    金星極端的環境被認為很難有生命的存在

    劉慧根教授也認為存在其他的可能性。

    金星上的磷化氫不能用現有的非生物來源解釋,是基于目前我們已知到的磷化氫產生機制可能金星大氣中還存在其他未知的機制,產生磷化氫

    科學家們現在希望開展更深入的研究以便更好地理解金星所發生的現象。

    這將包括對金星進行長期觀測,了解其磷化氫含量是否會在一年內發生變化。

    科學家隨即可以研究這段時間內的趨勢和變化,從而找到更多有關磷化氫來源的線索,以及磷化氫是否與外太空存在生命跡象有關。


    04


    現實意義:對未來的影響

    以下文字節選自造就對劉慧根教授的采訪:

    一個直接影響是,以后未來的深空探測規劃,金星的優先級可能會大大提高

    目前火星探測非常火,我們中國剛剛發射了”天問”。火星探測之所以如火如荼,是因為科學家認為火星和地球比較接近,它上面有可能存在生命,而且它沒有濃密的大氣,我們可以直接觀察它的表面,也能夠發射一些著陸器去火星表面進行探測。

    但是金星的大氣層非常濃密,我們很難對金星表面進行探測。再加上它的表面溫度高達500攝氏度,以前普遍認為金星地表是很難存在生命的,但是這次的發現可能會改變我們的認識,把我們的探測目光從金星的表面,轉移到金星的大氣中。

    未來深空探測的目標,有可能從火星探測轉為金星探測,讓金星探測成為各國深刻探索的下一個焦點。

    金星上發現硫化氫,會未來的科研方向產生重大影響

    另外一方面,我們也比較關心生命的起源。

    金星的環境比較熱,大氣濃密,還是還原性的大氣,和地球早期大氣有類似之處。

    研究金星大氣中的微生物,包括它們的產生,演化,生命形態,將會對我們了解地球上的生命起源和演化有重要的借鑒作用

    一旦確認金星上面存在生命,我們可以研究金星這種惡劣環境下的生命形態、生命怎樣適應惡劣環境,然后在地球上借鑒這些生物的自我保護機制,在仿生學方面可以有應用,讓人類能在更惡劣的環境中開展探測。

    此外,金星的微生物和地球上可能存在很大的不同,如果能很好地利用這些微生物,也可能會對我們的生活產生影響,例如我們平時釀酒,發酵面粉,都利用到了各種微生物。

    環保方面,也可能利用金星這種耐酸環境下的微生物,對有害物質進行降解,甚至微生物對環境進行改造,如改造金星大氣或火星大氣。

    上述應用都是基于金星探測到生命的假設前提下才可能出現,而且對金星上的生物,還需要詳細研究,需要長時間的研究和積累,才能轉換到實際應用場景中去。

    金星上面是否存在生命,相關的論文其實并沒有明確結論,還需要更多后續探測。


    05


    當我們探索外星文明時,我們在找什么?

    一直以來,不管是探索到外星文明的信號,或是發現外星生命的可能,還是向外太空發射尋找文明信號的新聞,這類新聞總是會激發人類濃厚的興趣,而從古至今,人類也在孜孜不倦地發展技術探索外太空其他文明的可能性。

    我們既害怕,又渴望與宇宙中另一個完全未知的生命形態乃至文明相遇。

    一個悖論是:當我們在探索外星文明時,我們始終是以地球文明和地球生物形態,以及人類科技已知的水平邏輯在尋找外星文明,因此我們能找到的也只可能是自己的同類,或者自己的復制品

    為什么我們一定要尋找氫、碳、氮、氧等人類所需的元素?外星生命體可能根本不會呼吸氧氣?可能它們是硅基生物?人類以自己為模版,是不是太自大了?

    事實上,這樣的方式,更多的是因為我們無可奈何,因為我們不知道除了地球之外的生命形式是如何運作的。在近乎無限的宇宙中,這似乎是一種絕望的嘗試。

    就像塔可夫斯基的科幻鼻祖電影《飛向太空》里的科學家所說:

    塔可夫斯基《飛向太空》

    文章參考

    [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

    (本文未經造就授權,禁止轉載。)

    編譯 | Gabrielle
    采訪&編輯 | 田曉娜
    版面 | 牛潔


    互動話題:感謝你的在看、轉發、評論,你認為金星上可能存在生命嗎?

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