金星大气中发现硫化氢，表明有生命存在的可能？

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。