2022年11月01日23:00:09 熱門 1843

當一組研究人員報告在金星大氣中發現了磷化氫，接下來科學家如何確認或否認金星雲中存在生命。

圖解：金星, 美國宇航局水手10號探測器於1974年拍攝，圖源：NASA/JPL-Caltech

昨天，我們被一則信息炸開：一個研究小組報告說，在金星的大氣中發現了磷化氫，這是一個一個潛在的生命跡象。這一發現將重新激發科學界對我們行星鄰居的興趣。以下是接下來將會發生的事情，以及科學家們如何證實或否認金星雲層中生命的存在的跡象。

磷化氫是一種通常存在於臭沼澤和企鵝糞便有關的可燃氣體，但天體生物學家們在不斷尋找外星生命的過程中往往並不傾於在研究中關注這種氣體。這種情況在昨天發生了改變，這是由於一篇新的論文宣布在金星大氣層中發現了磷化氫。

在地球上，這種氣體（一個磷原子伴隨著三個氫原子）主要是由能夠在缺氧環境中茁壯成長的微生物產生的。在金星上發現十億分之二十左右的磷化氫是非常令人吃驚的，即使這遠比地球上少的多，但因為在這個星球上不應該有生命存在，而且這種氣體應該被紫外線輻射和金星雲層中大量的硫酸所殺死了。似乎有什麼東西在金星上出現，併產生了磷化氫，但是是什麼呢？

這項新研究的作者在由卡迪夫大學天文學家簡·格里夫斯領導的項目分析時顯得十分克制，他們說，這項新的研究並不是金星上生命的證據。但他們也確實表示，磷化氫很可能是由一些未知的化學過程或生命本身產生的。

金星一直不是天體生物學家的這要目標，因為這顆行星的表面溫度高達860華氏度(450攝氏度)左右，其空氣壓力是我們在地球上的90倍。如果金星上真的存在生命（這還是一個很大的如果）它將迫使我們對太陽系內外的行星宜居性進行認真的重新思考。

出於可以理解的原因，儘管金星它是離地球最近的行星，但人們對它的了解卻非常少。從歷史上看，它一直是不受歡迎的研究目標，或許是因為一次科學飛行任務十分的昂貴，而其他行星，即火星，則得到了很多關注。

"在過去的20年里，我們有了新的發現，這些發現表明著在其他地方發現生命的可能性大大增加，"美國宇航局發言人在一份電子郵件聲明中解釋說。"與越來越多的行星一樣，金星也是一個令人激動的行星了，儘管由於其極端的溫度、大氣成分和其他因素，金星一直沒有成為尋找生命的重要行星。

相應地，科學家對金星的表面地形、地質（包括其地質歷史）、構造和潛在的火山活動都有不完全的了解。不過，在金星上發現磷化氫是 "迄今為止在地球外的產生生命理由方面最重要的進展"，美國宇航局管理員吉姆·布里登斯廷在昨天放出的一條推文中補充說："現在是優先考慮金星的時候了。"

的確，是時候對金星進行科學考察了。然而在我們派遣探測器進行調查之前，地球上還有很多工作要做。首先，科學家們需要確認格里夫斯和她的同事們用夏威夷的麥克斯韋望遠鏡

和智利的阿塔卡馬大型毫米[/亞毫米]波陣收集到的磷化氫波長信號。

"首要任務應該是通過搜索其他波長的磷化氫來確認檢測結果，同時也要嘗試繪製磷化氫的全球分布圖，"威斯康星大學麥迪遜分校的科學家姍際涯·利瑪雅在一封電子郵件中解釋道。"這並不容易，因為紫外線和紅外線波長的丰度相對較小，所以磷化氫的光譜特徵可能會被二氧化碳、水蒸氣、硫酸等更豐富的化學物質的特徵所掩蓋。"

利馬耶說，金星作為一顆內行星，在天空中與太陽的距離永遠不會太遠，這使得在某些波長下的觀測變得困難。他指出，值得慶幸的是，無線電觀測不存在這個問題。他說，除了尋找生物特異性氣體外，科學家還應該在金星大氣中尋找可辨別的對比特徵，並嘗試追蹤這些特徵的演變和化學性質。

兩年前，利馬耶領導了一項研究討論了關於暗色斑點形式的對比特徵可能是金星上生命的標誌問題，金星大氣層可能能夠產生微生物。這在當時看來是個古怪的想法。但在今天就不那麼古怪了。

最終，我們會想要向金星發送探測器。正如美國宇航局在電子郵件聲明中所解釋的那樣，好消息是，美國宇航局未來發現計劃四項中的兩項候選任務—VERITAS（甚高能輻射成像望遠鏡陣？）和DAVINCI+--都集中在金星上，歐洲航天局的EnVision任務也是如此，美國宇航局是其合作夥伴。金星由於距離很近，也可以用較小的飛行任務進行探索。

圖解：Envision 計劃圖源：envisionvenus

DAVINCI+是金星深層大氣調查稀有氣體、化學成分與成像的縮寫，是一個探測器，它將隨著降落傘慢慢下降到金星表面。憑藉其一套機載儀器，該探測器將嗅出各種氣體，並繪製表面地圖。VERITAS是金星發射率、無線電科學、InSAR、地形圖和光譜學的縮寫，涉及一顆圍繞金星運行的衛星。除了創建該星球的三維地形圖外，該探測器還將測量金星的溫度，研究金星的引力場，進行一些遠程地質學研究，並部署一個配備質譜儀的探測器來探測化學特徵。EnVision是一顆主要研究該行星地質的衛星，但鑒於其令人印象深刻的感測器陣列，該探測器可用於許多其他任務。

圖解：DAVINCI+ 的概念圖像，它正下降到金星表面圖源：NASA/GSFC

還有一些私營部門也可以考慮，即火箭實驗室創始人、百萬富翁彼得·貝克提出的金星任務（你可能還記得他那顆於2018年發射進入軌道的迪斯科球狀物體"人類之星"）。根據貝克的計劃，一個裝有多種儀器的探測器將被送入金星的大氣層。在昨天舉行的新聞發布會上，格里夫斯表示，她的團隊對與私營部門合作持開放態度。

圖解：「人類之星「。圖源：火箭實驗室。

需要說明的是，這些任務都沒有得到批准，但金星一夜之間變得相當性感且熱門。

一旦部署了這些或其他探測器，科學家們就應該對雲層進行採樣，雲層距離地表約29至43英里（47至70公里）。利馬耶將這些調查描述為 "必不可少"。他解釋說，通過在雲層中進行測量，科學家 "應該能夠發現任何存在的氣體，不僅是磷化氫，而且還有其他具有生物意義的氣體，例如甲烷"。另一項有用的任務是確定 "雲滴的物理、化學和生物特性，因為微生物可以在其中生存，"他說，當然，假設金星上確實存在微生物。

利馬耶說，像諾斯羅普格魯曼公司的VAMP這樣的半浮力平台將是完成這一任務的理想選擇，因為它可以配備顯微鏡、光譜儀和其他儀器。

圖解：VAMP的概念圖，金星大氣機動平台(VAMP)飛行器(AV)是一種在金星大氣層中飛行的半浮力、機動、太陽能飛行器的無彈高超聲速進入飛行器。圖源：northropgrumman

另一種可能性是類似於上世紀80年代中期蘇聯織女星任務的氣球。這是 "我們希望看到的那種事情再次發生，"來自麻省理工學院的天體生物學家、新研究的共同作者薩拉·西格在昨天舉行的新聞發布會上說。"也許織女星氣球的超級版本，不是持續幾天，而是可以持續一周，幾個月，甚至幾年，"她說。西格將織女星氣球描述為 "是研究金星大氣的最佳方式"，原因與利馬耶所強調的相同：公平地說，織女星氣球的機動性將遠遠低於VAMP或類似的航空器，比如那些擬議的名為BREEZE的黃貂魚形滑翔機。

圖解：藝術家對BREEZE的概念圖。圖源:布法羅大學CRASH實驗室

利馬耶和西格都表示，機載光譜儀對這樣的任務至關重要。

利馬耶解釋說"從紫外線到毫米波的不同波長工作的光譜儀可以繪製出磷化氫、二氧化硫和其他氣體的分布圖，以確定它們是否與金星圖像中看到的雲層對比特徵相關。"

正如利馬耶和他的同事在2018年的論文中提出的那樣，這可以讓科學家了解到生命可能的形式和對比特徵之間的聯繫。他說，大氣探測器的其他重要儀器將包括用於收集環境數據的氣象感測器，用於研究行星大氣成分的化學感測器，用於進行物理和生物特徵描述的熒光成像顯微鏡，以及其他可以檢測生物特徵的感測器。對於金星軌道器，利馬耶建議使用多光譜成像相機，你猜對了，還有光譜儀。

除了這些項目外，科學家們需要弄清楚金星大氣層中可能會發生什麼樣有趣的非生物或生物化學反應。土星和木星上的磷化氫是通過非生物過程自然產生的，但金星上沒有類似的條件。也許有一些東西是科學家沒有考慮到的，正如新的研究所建議的那樣。計算機演算法能夠對混合和匹配原子組合可能會有所幫助。

同時，生物學家應該弄清楚極端微生物如何能夠承受金星大氣中的惡劣條件。正如格里夫斯在新聞發布會上所解釋的那樣，"真正的挑戰是：是否有生命可以進化到適應這令人難以置信的酸性環境"，因為地球上沒有任何類似的東西可以。簡單地說，在進化上或生物學上這種生命形式實際上是不可能存在的。

事實上，現在是科學家們進行多學科研究的時候了，因為這項工作需要天文學家、工程師、天體生物學家、微生物學家、化學家、地質學家、計算機科學家和行星科學家，以及其他專家（比如，研究這些微生物，如果它們存在，有什麼倫理和安全問題？如果我們在急於尋找生命的過程中，不小心用我們地球上的細菌污染了金星怎麼辦？）。)當然，所有得到的數據都要經過仔細的檢查、確認和複製，科學家才能做出明確的結論。

沒人說過我們會很快很容易的找到外星生命，但隨著微觀外星人可能在我們家門口徘徊，是時候認真地提高我們的遊戲水平了。