金星上可能有生物 研究團隊從金星大氣中發現瞭生物標記——磷化氫,他們認為,也許存在某種我們從未瞭解過的化學反應,或是金星大氣層中的生命造就瞭這些氣體。 金星上存在生命?這個如同天方夜譚的想法,卻在一項發表於《自然-天文學》的研究中被嚴肅討論瞭。研究團隊在兩次天文觀測中,都從金星大氣中發現瞭生物標記——磷化氫。研究者認為,目前有兩種可能的解釋:存在某種我們從未瞭解過的化學反應,或是 金星大氣層中的生命造就瞭這些氣體。 人類在全宇宙尋找生命從月球、火星再到系外行星,人類對於地外生命的幻想與科學探索,正向著無盡的宇宙深處延伸。但對於比我們更靠近太陽的近鄰——金星,人類始終未曾抱有太大的幻想。畢竟,絕大多數生命需要在適宜的溫度下才能生存,因此我們往往將搜索的目標設定為宜居帶;而金星在太陽的炙烤下,表面溫度可以達到500℃,並且極度幹燥,濃厚的大氣層除瞭二氧化碳,還含有相當多的硫酸雲。無論從哪個角度看,金星都像是一個煉獄,而不是生命的傢園。 不過,在金星的大氣層中,也隱藏著一片環境相對溫和的狹小區域——在距離金星表面大約50~60千米高的大氣中,壓力條件與地球表面相似,溫度也在0~50℃之間。盡管仍有強酸性的硫酸雲,但在地球上,人們已經找到瞭能忍耐此般生存環境的微生物。因此,一個合理的猜想是:如果金星上的確存在生命,那麼它隻可能生活在這層特殊的大氣中。 生物標記如何為金星生命的猜想找到依據?在探測器深入 金星大氣層之前,直接捕捉到生命的影像甚至是本尊,顯然不切實際。因此,研究人員可以使用的武器就成瞭生物標記(biosignature)。這類分子可以由生物體的代謝等活動產生,並且非生命過程都無法制備。此前的研究指出,在巖質行星中,這個故事的主角——磷化氫(PH3)就屬於一種生物標記。 磷化氫是一種散發著大蒜和腐魚氣味的有毒氣體。當然,你應該沒有機會聞過它的味道——如果你聞見瞭,這時你的肺部等器官大概率已經受到損害瞭。在地球上,磷化氫存在於大氣中,但含量極低。它的兩種來源——無論是作為厭氧生物代謝活動的副產物,還是人類的工業生產,都與生物相關。如果地球上不存在生命,無論是普通的地質過程,還是大氣反應,都不足以產生磷化氫。 不過,對於巨大的氣態行星,情況卻不太一樣。木星和土星內部極高的溫度,正是適合生產磷化氫的條件。因而在此之前,科學傢在木星和土星中已經檢測到磷化氫,卻沒有感到意外。 而金星正是一顆巖質行星。根據計算,其內部不存在木星與土星那樣的磷化氫來源。而且磷傾向於與氧結合,在主要為二氧化碳的金星大氣中,磷通常會與其反應,而不是形成還原態的磷化氫。然而,《自然-天文學》的一項最新研究報道瞭意料之外的發現:在金星的大氣層中,出現瞭“濃度異常高”的磷化氫。 兩次觀測領導這項研究的,是英國卡迪夫大學的射電天文學傢Jane Greaves。2017年,她帶領團隊利用夏威夷的麥克斯韋望遠鏡(JCMT),對金星大氣層進行瞭5天的觀測。事實上,Greaves並沒有太過在意這次行動,她作出這個決定也隻是因為金星的觀測很方便,甚至在觀測完成後,數據一度被擱置一年多,才被她重新想起來。但當Greaves重新拾起數據進行處理時,卻看到瞭令她眼前一亮的光譜信號。 不同的分子會吸收光譜中各不相同的特定部分,因此每個分子都有一套光譜“指紋”——通過觀察光譜吸收線,就能查明有哪些分子存在。在這些數據中,Greaves找到瞭磷化氫的信號。 這時,Greaves尚不敢立即寫論文宣佈這一結果。對於如此顛覆性的結論,她希望用更多的觀測進行驗證。於是,她找到瞭專門研究磷化氫的麻省理工學院分子天體物理學傢Clara Sousa-Silva等人組成團隊,並在2019年使用更強大的阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)做瞭重復觀測。 結果,ALMA的觀測不僅證實瞭此前的結果,還發現瞭關於磷化氫的更多細節,例如磷化氫在金星的中緯度地區濃度更高,這可能與金星的大氣環流有關。結合兩臺望遠鏡的光譜數據,研究團隊算出,金星大氣層中磷化氫的濃度為20 ppb(即10億個分子中,有20個磷化氫分子)。雖然數值看似不值一提,但對於這樣一種極為罕見的氣體,這個濃度已經是地球大氣層中磷化氫濃度的1000~100萬倍。 來自生命問題很明顯瞭——這些磷化氫是怎麼來的?在現階段,科學傢沒有辦法直接證實是生命活動產生瞭這些氣體。因此研究團隊能做的,就是找到所有可以分析的可能性,然後逐一驗證。為此,他們考慮瞭火山活動、閃電甚至是隕石撞擊等非生命過程,根據模型,這些過程有可能生成少量磷化氫,但與觀測到的濃度相比,都至少差瞭4個數量級。 當所有錯誤的選項被排除,剩下的即使看似不可能,但也更接近真相。在這個問題上,排除掉上述過程後,作者認為,還存在兩種可能性:其一,盡管已經盡量考慮瞭所有可能的非生物過程,但在金星上,還存在某種此前未曾知曉的地球化學或光化學過程;而另一種可能性,就是金星上有生命活動。 研究推測,如果金星上的生命活動相當於地球微生物活動的10%,那麼20 ppb的磷化氫濃度是有可能達到的。 我們可以想象這樣一幅金星生物畫卷。NASA此前的模擬研究提出,金星早期的氣候十分溫和,這裡甚至存在廣闊的液態水海洋。這樣的溫潤環境,可能孕育出某些簡單的金星生命。而另一項研究認為,是大規模的火山噴發讓金星演變為今天這樣的生命禁地。隨著金星環境的惡化,金星生命的棲息地不斷縮退,最終隻有在大氣層的宜居區域中生存。 當然,這樣的場景還存在一些有待解決的問題。如果以地球上的微生物作類比,它們雖然也可以出現在大氣層中,但畢竟不能在大氣層中完成整個生命周期,還需要降落回地表;但金星表面太過於炎熱,實在是無法生存。因此 金星生命可能有著與地球生命不同的形式,隻是我們還不曾瞭解 看到這裡,相信你也意識到:僅憑現有的證據,要證實(或證偽)金星生命還為時過早。而且,磷化氫是否如研究者認為的那樣,可以成為指向生命活動的標記,也有待更多研究論證。該論文的多位作者也表示,這項研究隻是提出瞭兩種可能性。而要進一步限制磷化氫的來源,對金星的深入探索不可或缺。 Greaves表示,她希望這項研究能夠喚起科學界對於金星探索的關註。目前,已經有幾個正在籌備的金星探測計劃。例如,俄羅斯的Venera-D任務(包括一個軌道器和一個著陸器)計劃最早將在2026年飛向金星,歐洲航天局的遠景號(EnVision)金星探測器也計劃在本世紀30年代抵達金星。而NASA也正在考慮金星探測計劃的細節,其計劃有望穿越金星大氣層,從而獲取第一手的數據。在那時,關於金星的物理、化學乃至生物,我們將獲得全新的認識。
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