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金星大气中发现硫化氢,表明有生命存在的可能?

发表于话题:金星能否有生命
发布时间:2022-01-04

9月14日,皇家天文学会(RAS)召开线上新闻发布会表示,科学家在金星强酸性的大气层中发现一种名为磷化氢(PH3)的气体,且浓度异常之高。这种剧毒、易燃且极臭的气体在地球上通常由微生物产生,在天体生物学中被当成生命体标记。研究人员认为地球的邻居——金星可能有生命存在的迹象,也可能发生了一系列我们未知的光化学或地球化学过程。研究成果发表在《自然—天文学》。


日本破晓号探测器拍摄的金星硫酸云层(伪色)丨图源:AKATSUKI PROJECT TEAM/ISAS/JAXA


这一发现令科学家兴奋,因为磷化氢这一物质在地球上参与生命过程,是新产代谢的副产品。磷化氢是由厌氧生物来源产生的气体,散发出难闻的味道,达到一定浓度会至人中毒损伤。但它也被认为可能对全球的磷循环有重要贡献。另外,磷化氢也有一些工业和农业用途,如熏蒸剂。


事实上,此前科学家曾在气态行星木星和土星中发现过磷化氢,他们发现气态巨行星上的极端环境可能提供能量上的帮助,克服磷原子和氢原子之间的排斥,使其自然形成磷化氢。而在地球上磷化氢只是厌氧生物的产物,很难通过普通的地质或大气作用生成,并且这种分子极不稳定,要持续产生才能维持存在,这便是磷化氢被当成生命灯塔的原因。


磷化氢分子丨图源:wiki


金星是平日夜空中最容易见到的天体之一,自古以来就在人类文化中占有举足轻重的地位。比如金星在古罗马神话代表爱与美之神维纳斯,至今生物学上表示女性的符号用的就是金星的占星符号。金星是太阳系中的四个类地行星之一,其质量、体积与地球相似,直径仅比地球小638.4公里。


但与地球舒适的环境相比,金星堪称“地狱”,地表条件对生命很不友好,表面的压力是地球的92倍,温度高达900℃(表面平均温度至少为462℃),足以熔化铅块。即使水星才是距离太阳最近的行星,但地表温度最高的是金星。


论文作者、英国卡迪夫大学教授Jane Greaves和她的团队在2017年用位于夏威夷的麦克斯韦望远镜(JMCT)观测了金星。作为射电天文学家的Jane Greaves通常把目光放在遥远的星系,主要研究年轻恒星系统的行星,但太阳系后院里的行星也是她关注的对象,观察冥王星、土星和其卫星等,希望能找到生命存在的证据。


他们本来没指望能在这里找到磷化氢分子,只是为寻找系外行星大气物质设定可检测性基准。因为磷更容易与氧结合,金星大气层主要由二氧化碳组成,偏强酸性。这种环境被认为并不适合于磷化氢的产生。但令他们意想不到的是,竟然发现了磷的光吸收谱线,团队甚至一度认为是错误信号,但分析发现只有磷化氢是最有可能的解释。


麦克斯韦望远镜丨图源:WILL MONTGOMERIE/JCMT/EAO


2019年,他们又用位于智力的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵(ALMA)进行了观察,该望远镜性能更好,最终他们探测到属于磷化氢的光谱特征,并估算出金星云层中距地面53公里处的磷化氢丰度为20ppb(十亿分之二十),是地球大气中浓度的数千倍。


虽然十亿分之二十听起来微不足道,但科学家认为实际上不应该有那么多。在金星高层大气中发现的酸性条件下,一个分子的平均寿命只有16分钟左右。为了抵消这种持续性的破坏,必须有大量稳定的气体来源。


许多科学家表示了这项研究令人惊讶,华盛顿大学的天体生物学家Michael Wong表示,“这确实是一个令人困惑的发现,因为磷化氢并不符合我们对金星大气存在化学物质的理解。” 威斯敏斯特大学的天体生物学家Lewis Dartnell认为,“这些气体含量远远高于目前已知方法生产所能解释的水平”。


在地球上,许多能低氧环境中茁壮生长的微生物会产生磷化氢。而在距离金星表面53到61公里的高空,这里的温度与地球相似,是适宜的30摄氏度,有提供生命的基础环境。53年前,美国天文学家、科普作家卡尔·萨根就曾假设这里存在生命,“尽管金星的表面条件使在那里生活的假设是难以置信的,但金星的云层完全不同”。


Greaves团队试图找出这些磷化氢的来源。研究团队考察了各种可能产生磷化氢的方式,包括来自金星地表、微陨星、闪电或云层内部的化学过程。含磷矿物是磷化氢的一种可能的原料,但它不太可能从行星表明飘至高空。闪电和阳光驱动的化学反应也不能产生足够的气体。地球上火山喷出的磷化氢非常少,如果同样的过程发生在金星,那么金星上的火山活跃程度要达到地球的200倍以上。


最终,他们无法确定这些微量磷化氢的来源,因此在论文中谨慎地提出,磷化氢分子可能由金星上的生命体产生,但探测到磷化氢无法作为存在微生物生命的有力证据,只能表明金星上可能发生着未知的地质或化学过程。


该研究的合著者、麻省理工学院的行星科学家Sukrit Ranjan认为,磷化氢的存在并一定是生命存在的肯定迹象。磷化氢的化学性质并不为人所知,而且这种气体可能更容易在金星大气中较低的温和层中存在,这样就可以避免太阳光的照射,而太阳光会破坏磷化氢的光化学反应。


还有科学家对磷化氢的光谱信号的真实性产生质疑,因为信号微弱,可能是同频率的人工信号。ALMA天文台John Carpenter指出,远程分子识别的标准涉及检测同一分子的多个指纹,这些指纹在电磁波谱上以不同的频率显示,但该团队尚未对磷化氢进行研究,“他们步骤正确,但我不确定是真实的”。


研究团队认为两个独立望远镜的结果出现统计问题的可能性很小,他们也希望能在其他波段识别磷化氢,本计划用平流层红外天文台(SOFIA)和NASA红外望远镜(IRTF)观测验证,但因为新冠疫情暂时搁置。


长期以来,科学家希望从火星上寻找生命,今年扎堆发射的火星探测器就有最终判定火星是否有生命的目标。近年来对金星的探测确实已经很少,现在只有日本破晓号(Akatsuki)探测器在轨道运行。而早期对金星的探测表明,大气中某部分对紫外线吸收比预期多,有科学家提出这可能是空气微生物所致,但更有可能是含硫化合物存在——微生物产生了硫。


观察推测金星还曾有液态水,因此有一些科学家认真描述了“金星人”生存可能。如今,这些研究或许应该被严肃地考虑。作为地球邻居的金星,我们仍了解很少,至少这里还有很多未知的大气化学现象。

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本文来源:https://www.kandian5.com/articles/85178.html

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