金星大气中发现硫化氢 说明有生命存在的可能性?

2020-09-15 11:17 来源:新浪科技综合

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

日本黎明探测器拍摄的金星上硫酸云的假色来源:晓项目组/ISAS/JAXA 9月14日,皇家天文学会(RAS)召开在线新闻发布会,称科学家在金星的强酸性大气中发现一种叫磷化氢(PH3)的气体,浓度异常高。这种剧毒、易燃和有气味的气体通常是由地球上的微生物产生的,被认为是天体生物学中的生命标志。研究人员认为,地球的邻居金星可能显示出生命的迹象,或者一系列我们不知道的光化学或地球化学过程。研究结果发表于《自然-天文学》。

这一发现让科学家兴奋不已,因为磷化氢是新陈代谢的副产品,参与了地球上的生命过程。磷化氢是一种由厌氧生物产生的气体,会发出难闻的气味。当它达到一定浓度时,会对人造成中毒和伤害。然而,也有人认为它可能对全球磷循环做出重要贡献。此外,磷化氢还有一些工业和农业用途,如熏蒸剂。

事实上,科学家们以前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会提供能量帮助克服磷原子和氢原子之间的排斥,使它们自然形成磷化氢。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产生。而且这种分子极其不稳定,需要不断的产生才能维持其存在,这也是磷化氢被视为生命灯塔的原因。

磷化氢分子丨图源:wiki

磷化氢分子:维基金星是工作日夜空中最可见的天体之一,自古以来在人类文化中发挥着重要作用。例如,金星代表古罗马和神话的爱与美的神维纳斯,而金星的占星符号迄今为止一直被用来代表生物学中的女性。金星是太阳系四大类地行星之一。它的质量和体积与地球相似,直径只比地球小638.4公里。但相对于地球舒适的环境,金星被称为“地狱”,地表条件对生命并不友好。地表压力是地球的92倍,温度高达900(平均地表温度至少462),足以融化铅块。尽管水星是离太阳最近的行星,但金星的表面温度最高。

该论文的作者、英国卡迪夫大学教授简格里夫斯和她的团队于2017年在夏威夷用麦克斯韦望远镜(JMCT)观察了金星。作为一名射电天文学家,简格里夫斯通常关注遥远的星系,主要研究年轻星系的行星,但太阳系后院的行星也是她关注的对象,观测冥王星、土星及其卫星,希望找到生命存在的证据。他们没想到会在这里发现磷化氢分子,只是为寻找系外行星的大气物质设定了一个可探测的基准。因为磷更容易与氧结合,金星的大气主要由二氧化碳组成,二氧化碳呈强酸性。这种环境被认为不适合磷化氢生产。然而令他们惊讶的是,磷的光吸收线被发现了,研究小组甚至认为这是一个错误的信号,但分析发现只有磷化氢是最可能的解释。

麦克斯韦望远镜丨图源:WILL  MONTGOMERIE/JCMT/EAO

麦克斯韦望远镜来源:威尔蒙哥马利/JCMT/EAO 2019年,他们还在智利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)进行了观测。望远镜性能更好,最后他们探测到了磷化氢的光谱。特征,并估计距离地面53公里的金星云中磷化氢的丰度为20 ppb(200亿分之一),这是地球的大气层。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这么多。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。为了抵消这种持续的破坏,必须有大量稳定的气源。

许多科学家都说这项研究令人惊讶。华盛顿大学的天体生物学家王敏德说:“这确实是一个令人困惑的发现,因为磷化氢不符合我们对金星大气中存在化学物质的理解。”威斯敏斯特大学的天体生物学家刘易斯达特内尔(Lewis Dartnell)说,“这些气体的含量远远高于目前已知的生产方法所能解释的水平”。

在地球上,许多能在缺氧环境中茁壮成长的微生物会产生磷化氢。在距离金星表面53到61公里的高度,这里的温度和地球差不多,适合30摄氏度,有提供生命的基本环境。五十三年前,美国天文学家和科普作家卡尔萨根曾假设这里有生命。“尽管金星的表面条件使居住在那里的假设令人难以置信,但金星的云层完全不同。”。

Greaves团队试图找出这些膦的来源。研究小组研究了各种可能产生磷化氢的方法,包括金星表面、微陨石、闪电或云层内部的化学过程。磷矿石是磷化氢的可能原料,但不太可能从星球表面飘到天上。闪电和阳光驱动的化学反应不能产生足够的气体。地球上的火山几乎不释放磷化氢。如果同样的过程发生在金星上,金星上的火山活动将达到地球的200多倍。

最终他们无法确定这些微量磷化氢的来源,于是在论文中小心翼翼地提出磷化氢分子可能是金星上的生物产生的,但磷化氢的检测不能作为微生物生命存在的有力证据,只能说明金星上可能发生了未知的地质或化学过程。

这项研究的合著者,麻省理工学院的行星科学家苏克里特兰詹认为磷化氢的存在不一定是生命的积极迹象。磷化氢的化学性质未知,这种气体可能更容易存在于金星大气的低层温和层,以避开太阳光,这样会破坏磷化氢的光化学反应。一些科学家质疑磷化氢光谱信号的真实性,因为信号微弱,可能是同频率的人工信号。阿尔玛天文台的约翰卡彭特指出,远程分子识别的标准包括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,但该小组尚未研究磷化氢。"他们的步骤是正确的,但我不能肯定他们是真的。"。

研究小组认为,两个独立望远镜的结果同时出现统计问题的可能性极小,他们也希望能鉴别出其他波段的磷化氢。平流层红外观测站(SOFIA)和美国宇航局红外望远镜(IRTF)的观测验证了这一计划,但新冠肺炎疫情暂时搁置。

长期以来,科学家们希望在火星上发现生命。今年发射的火星探测器的目标是最终判断火星是否有生命。近年来,对金星的探索很少,现在只有晓探测器在轨道上。对金星的早期探索表明,大气的某些部分吸收了比预期更多的紫外线。有科学家提出这可能是空气传播的微生物造成的,但更有可能是含硫化合物存在,——微生物产生了硫。推测金星曾经有液态水,所以有科学家仔细描述过“金星人”的生存可能性。现在应该认真考虑这些研究。作为地球的邻居,我们对金星仍然知之甚少,至少这里有许多未知的大气化学现象。