地球最近的鄰居——金星，在大氣中有微生物嗎？一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了雖不確定卻也頗有說服力的證據(jù)。

       

     

藝術(shù)家描繪的金星大氣中的磷化氫分子圖。據(jù)科學(xué)家所知，在地球上，磷化氫只能由微生物產(chǎn)生，或?qū)嶒?yàn)室人工產(chǎn)生。圖片來源：歐洲南方天文臺(tái)（ESO）

/M.Kornmesser/L.Cal?ada/美國(guó)航空航天局（NASA）/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工（JPL-Caltech）/英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)/署名：CC BY 4.0。

這篇文章在今天解禁前意外進(jìn)入谷歌搜索。地球天空（EarthSky）對(duì)由此造成的任何混亂或不快深表歉意。

我們大多數(shù)人都熟悉亞瑟·柯南·道爾爵士的這句話，他塑造了福爾摩斯這個(gè)角色：

“一旦你排除了不可能的，剩下的，不管多么不可能，都必然是事實(shí)?！?/span>

       

     

本周，科學(xué)家們宣布了一項(xiàng)令人難以置信的發(fā)現(xiàn)：金星大氣中存在微生物生命的初步證據(jù)。

太空迷們都知道，金星表面酷熱難耐，熱得足以融化鉛。這是最不可能找到任何生命的地方之一。但是金星微生物的跡象并不是來自該行星的表面，而是來自其大氣層，那里的環(huán)境還可以合理地描述為“與地球近似” 。

       

     

應(yīng)當(dāng)注意，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)還不是金星上有生命的確定證據(jù)。但研究人員給出的理由令人信服。

令人振奮的發(fā)現(xiàn)來自美國(guó)和英國(guó)的科學(xué)家，他們分別在麻省理工學(xué)院（MIT）、卡蒂夫大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)等。卡蒂夫大學(xué)的簡(jiǎn)·格里夫斯（ Jane Greaves ）領(lǐng)銜了這次研究。英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)（RAS）上周通過Zoom為記者們提供了一個(gè)在線新聞簡(jiǎn)報(bào)，其中三名研究人員參與討論了研究結(jié)果。RAS還發(fā)布了一份新聞稿。這項(xiàng)科學(xué)研究于今天，2020年9月14日，發(fā)表在知名期刊《自然·天文學(xué)》（Nature Astronomy）上，經(jīng)過了同行評(píng)議。

我們了解金星的一些情況，很大程度上要?dú)w功于太空探測(cè)器的訪問。就我們所知而言，金星一直被認(rèn)為是最不可能支持生命的地方之一。由于足以融化鉛的灼熱溫度和星球表面極強(qiáng)的氣壓，更不用說云層中含有大量的硫酸了，金星遠(yuǎn)非張開雙臂歡迎生命的到來。

       

     

然而，一些科學(xué)家推測(cè)，生命可能存在于更高處的大氣中，那里有一個(gè)“溫帶區(qū)域”的溫度和壓力與地球相似?？茖W(xué)家們就是在這個(gè)區(qū)域作出了此次發(fā)現(xiàn)。

研究者們到底發(fā)現(xiàn)了什么？

簡(jiǎn)單地說，他們?cè)诮鹦堑拇髿庵邪l(fā)現(xiàn)了一種本不應(yīng)該存在的氣體，在地球上，這被認(rèn)為是一種確定無疑的生物存在的信號(hào)。這是一種很臭的氣體，叫做磷化氫。據(jù)科學(xué)家所知，制造磷化氫的方法只有兩種，一種是在實(shí)驗(yàn)室中人工合成，另一種是由生活在無氧環(huán)境中的某種微生物產(chǎn)生的。既然金星上并沒有任何（已知的）外星人實(shí)驗(yàn)室，所以只剩一個(gè)可能性——微生物。

這次探測(cè)中研究人員使用了位于夏威夷的麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡（James Clerk Maxwell Telescope）和位于智利的阿爾瑪（ALMA）望遠(yuǎn)鏡。根據(jù)麻省理工學(xué)院的研究者們此前發(fā)表的研究，如果在一顆巖質(zhì)行星上發(fā)現(xiàn)磷化氫，將是生命存在的可靠證明。因此，金星上的這一發(fā)現(xiàn)具有令人興奮的意義。

但在宣布這一引人好奇的證據(jù)之前，研究人員當(dāng)然還想排除其他可能的解釋。他們考慮并測(cè)試了多種在沒有生命的情況下可以產(chǎn)生磷化氫的場(chǎng)景，但最終都排除了可能性。麻省理工學(xué)院專業(yè)研究磷化氫的克拉拉·索薩·席爾瓦（Clara Sousa Silva）在一份聲明中表示：

       

     

想要證偽是非常困難的。當(dāng)前，天文學(xué)家想出各種方法來證明可以在沒有生命的情況下產(chǎn)生磷化氫，我對(duì)此表示歡迎。歡迎大家都來參與這項(xiàng)工作，因?yàn)槲覀円呀?jīng)窮盡了現(xiàn)在可以想到的不依靠生命制造磷化氫的所有可能性。

在金星上發(fā)現(xiàn)磷化氫是個(gè)意外的收獲！這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了諸如生物如何在金星上生存等許多問題。在地球上，一些微生物可以耐受環(huán)境中高達(dá)5%的酸性物質(zhì)，而金星上的云層幾乎完全是由酸性物質(zhì)構(gòu)成的。

       

     

日本“拂曉”號(hào)（Akatsuki）探測(cè)器拍攝的金星細(xì)節(jié)假彩色圖像。圖片來源：日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA/ ISAS）/ “拂曉”號(hào)項(xiàng)目組（Akatsuki Project Team）/ 英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)/署名：CC BY 4.0。

研究的合作作者雅努什·佩特科夫斯基（Janusz Petkowski）補(bǔ)充說：

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著，要么金星上可能存在生命，要么是在巖質(zhì)行星上發(fā)生了某種我們研究之外的物理或化學(xué)過程。

我們認(rèn)為已經(jīng)研究了所有可能在巖質(zhì)行星上產(chǎn)生磷化氫的情況。如果不是存在生命，那就說明我們對(duì)巖質(zhì)行星的理解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

這是一項(xiàng)非常確定的聲明。

       

     

格里夫斯（Greaves）表示：

這個(gè)實(shí)驗(yàn)是一次基于麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡（JCMT）強(qiáng)大技術(shù)和先進(jìn)儀器、純粹出于好奇的實(shí)驗(yàn)。我想我們目前可以排除一些極端情況，比如金星云層中存在生物。當(dāng)我們?cè)诮鹦枪庾V中第一次發(fā)現(xiàn)磷化氫存在的跡象時(shí)，真是非常震驚！

研究人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了6個(gè)月的處理，才確信磷化氫的存在。英國(guó)阿爾瑪?shù)貐^(qū)中心和曼切斯特大學(xué)的安妮塔·理查茲說：

令我們大為欣慰的是，阿爾瑪衛(wèi)星的后續(xù)觀測(cè)條件良好，而金星與地球的角度正好合適。然而，處理這些數(shù)據(jù)非常棘手，因?yàn)榘柆斖ǔ２粫?huì)在像金星這樣的明亮星球上尋找非常精細(xì)的反應(yīng)。

       

     

卡迪夫大學(xué)的Jane Greaves領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)磷化氫的研究。圖片來自卡迪夫大學(xué)。

Greaves說：

最后，我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)天文臺(tái)都看到了相同的現(xiàn)象，那個(gè)波長(zhǎng)下的微弱吸收確實(shí)是磷化氫氣體，分子被下面溫暖的云層的光所淹沒。

麻省理工學(xué)院的William Bains 領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，試圖評(píng)估能在金星上產(chǎn)生磷化氫的其他自然方式，包括太陽(yáng)光，從地表吹向上方的礦物質(zhì)，火山或閃電，但這些方式都無法產(chǎn)生如此多的磷化氫。它們最多只能產(chǎn)生望遠(yuǎn)鏡所觀察的磷化氫量的10%。所以一定會(huì)有某物產(chǎn)生了更多的這種氣體。根據(jù)劍橋大學(xué)的 Paul Rimmer的說法，陸地生物只需發(fā)揮其最大生產(chǎn)力的10%，就可以制造出金星上的磷化氫量。

       

     

在地球上，磷化氫是由無氧呼吸的微生物產(chǎn)生的。它們吸收磷酸鹽，加入氫元素，最終排出磷化氫氣體。金星大氣中幾乎沒有氧氣，這個(gè)相似點(diǎn)也可以作為金星上磷化氫來自于微生物的一個(gè)論據(jù)。

因?yàn)榻鹦堑谋砻娴臏囟葘?duì)于任何已知的地球微生物都太高了，這些微生物唯一可能的存活地點(diǎn)就是金星大氣。在地表上方48到60公里（大約30到37英里）的高度處有一個(gè)溫帶地區(qū)，那里的溫度在30到200華氏度（約0到90攝氏度）之間。這是金星上的宜居帶，也恰好是磷化氫發(fā)現(xiàn)的地方。Petkowski指出：這個(gè)磷化氫信號(hào)被完美地放置在其他人推測(cè)可能是宜居帶的地方。

       

     

夏威夷的詹姆斯克拉克麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡是第一個(gè)在金星大氣中探測(cè)到磷化氫信號(hào)的望遠(yuǎn)鏡。圖片來自Will Montgomerie/EAO/JCMT/皇家天文學(xué)會(huì)/署名：CC 4.06

研究人員將繼續(xù)使用更多的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，包括尋找其他可能與生命有關(guān)的氣體。他們還想知道在信號(hào)中是否有每日或季節(jié)性的變化，這暗示著與生命有關(guān)的活動(dòng)。英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)（Royal Astronomical Society）主席艾瑪·邦斯支持返回金星的任務(wù)，她說：

科學(xué)上一個(gè)關(guān)鍵的問題是地球之外是否存在生命，Jane Greaves教授和她的團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)是這一探索的關(guān)鍵一步。我特別高興看到英國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)了如此重要的突破，這為探索金星和返回的太空任務(wù)提供了強(qiáng)有力的理由。

       

     

Petkowski說：原則上，可以存在一個(gè)生命周期，讓生命永遠(yuǎn)停留在云里。金星上的液體介質(zhì)不像地球上那樣是水。

科學(xué)家們還認(rèn)為，幾十億年前的金星更適合居住，甚至在溫室效應(yīng)失控之前還存在海洋。根據(jù)Sousa-Silva的說法：

很久以前，金星被認(rèn)為存在海洋，可能像地球一樣適宜居住。當(dāng)金星變得不那么適宜居住時(shí)，生命必須要適應(yīng)，他們現(xiàn)在可能就在這個(gè)狹窄的大氣層里，在那里他們?nèi)匀豢梢陨妗＿@可能表明，即使是位于宜居帶邊緣的行星，也可能具有局部空中宜居的包層。

       

     

金星表面永遠(yuǎn)覆蓋著厚厚的，酸性很強(qiáng)的云層，但由有一個(gè)區(qū)域的溫度和壓力與地球十分相似，這為微生物制造了生存的可能。圖源ESA/ Astronomy.

       

     

金星大氣中的溫帶，這里的溫度的壓強(qiáng)更適合生物生存。圖片來自Seager等人（2020）/ Astronomy。

這個(gè)云層中的宜居帶可能是金星微生物最后的避難所。這是很難以置信，但是如果科學(xué)家是對(duì)的，那么這將是歷史上最驚人的發(fā)現(xiàn)之一。假如得知我們不但并不孤獨(dú)，而且一直以來在距離我們最近的行星上就存在生命，這會(huì)有多么令人震驚！下面是Souva-Silva2019年在Science America上發(fā)表的文章：

 正如我們所知，生命只是眾多生物學(xué)可能性中的一個(gè)孤島。我們的星系中有各種各樣的恒星，和圍繞它們運(yùn)行的各種各樣的行星。僅地球就孕育了數(shù)十億種生物。因此，不難想象生命可以以各種意想不到的方式出現(xiàn)，有些也許可以使它們的大氣中充滿像磷化氫這樣奇怪的分子。有一天我們會(huì)檢測(cè)到這些磷化氫。坦白說，這也許會(huì)使人感到惡心而不是有趣。另一方面，這些外星居民也許也會(huì)對(duì)我們感到惡心（這是一個(gè)星際外交需要克服的困難）。盡管如此，如果我們?cè)谝粋€(gè)巖石行星的宜居帶上發(fā)現(xiàn)了磷化氫，假如沒有誤報(bào)的話，我們將會(huì)在那里發(fā)現(xiàn)生命。

在這里，她說到了在沿軌道運(yùn)行的系外行星的大氣上，發(fā)現(xiàn)了磷化氫。但是這一基本情況如今適用到了太陽(yáng)系的這一巖石星球上。金星的位置在我們太陽(yáng)系的宜居區(qū)的邊緣，行星的周圍溫度是符合液態(tài)水存在條件的，盡管金星的表面情況就像地獄。

       

     

上個(gè)月，另外的一個(gè)學(xué)術(shù)討論發(fā)表在了天文學(xué)雜志和其他地方。這篇討論展示了細(xì)菌如何理論上在金星生存——通過尋找含有少量硫磺酸和一些水的避難所。他們循環(huán)在大氣的不同層中，從來沒有抵達(dá)過地面，通過間歇地轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)而得以在極端條件下存活。

       

     

一個(gè)被提出的細(xì)菌在金星大氣生活的生命循環(huán)。（1）處在生長(zhǎng)階段的干燥的細(xì)菌在金星的霾層生存。（2）這些孢子被上升氣流帶到了適宜生存的云層。（3）通過水的一次接觸，孢子開始了代謝活動(dòng)。（4）這些細(xì)菌分開聚集成飛沫，通過凝固得以生長(zhǎng)。（5）這些飛沫越來越大，直到足夠在大氣中下沉，最終抵達(dá)可以蒸發(fā)獲取更高溫度的地方，這些細(xì)菌會(huì)轉(zhuǎn)化成孢子，從而漂浮到更加底的霾層。（影像來自西格等人，2020，天文學(xué)）

       

     

雖然這一發(fā)現(xiàn)令人驚訝，但科學(xué)家多年來一直猜測(cè)金星大氣中可能存在微生物生命。正如一些科學(xué)家所假設(shè)的那樣，它甚至可以解釋金星大氣中的那種不尋常的暗條紋，它以某種方式吸收紫外線，被稱為“未知吸收體”?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)這些條紋是由微小的未知粒子組成的，粒子的大小與地球上細(xì)菌差不多。

就連卡爾·薩根也認(rèn)為，在金星的大氣層中可能存在生命。但是由于酸性云層的存在，金星微生物可能與地球上的任何生物都大不相同，包括大衛(wèi)·格林斯彭在內(nèi)的其他科學(xué)家也曾寫到過金星云中存在生命的可能性。其中最好的一些文章發(fā)表在Eos期刊、《天體生物學(xué)》雜志（Astrobiology Magazine)、 太空網(wǎng)(Space.com)還有《天空與望遠(yuǎn)鏡》雜志(Sky & Telescope)上 。格林斯彭也在麥哲倫電視臺(tái)上談到了這一點(diǎn)，并進(jìn)行了突破性討論?，F(xiàn)在看來他們可能一直都是對(duì)的。

同樣，這還不能完全證明金星上有生命存在，但已非常接近。持續(xù)關(guān)注未來的相關(guān)研究將是非常有趣的。

小結(jié)：地球最近的鄰居金星的大氣中是否有微生物生命？一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了雖不確定卻也頗有說服力的證據(jù)。

作者：Paul Scott Anderson 

FY：Astronomical volunteer team

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排版：零度星系

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自：https://earthsky.org/space/life-on-venus-phosphine-biosignatures

本文由天文志愿文章組-starry night,ww，Neptune，

窗邊的小憨憨，Northland翻譯自Paul Scott Anderson 的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系運(yùn)營(yíng)者刪除。

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