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【硬核解密】在金星上发现生命了吗?

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金星大气和磷化氢分子的艺术想象图。

一个国际天文学家团队在《自然天文学》上发表文章,指出在金星大气中存在磷化氢分子。在金星表面的氧化大气层中,磷化氢的存在表明存在一种较快产生磷化氢的机制。而在地球上磷化氢的形成来自于人类和微生物活动。这表明金星上存在一种尚不明了的磷化氢生成机制,甚至可能指示金星上的生命。

金星上的大气组成,在地球上怎么获知?

好比绿色的树叶会吸收绿色以外的可见光,磷化氢分子会吸收几个特殊波长的电磁波。从地球上观察金星的光谱,如果这些波长的电磁波被吸收而强度降低,形成“吸收线”,就表明金星的大气中具有磷化氢分子。研究团队用来识别磷化氢分子的是波长为1.123毫米的吸收线,属于毫米波,不在可见光范围内。观测用的JCMT射电望远镜和ALMA射电阵列都是专门用来观测毫米波和亚毫米波的大型地基天文设备。


卫星地图上的ALMA射电阵列。

磷化氢有什么特别之处?

磷化氢具有强还原性,在氧化环境中不能长时间存在。类地的固体行星表面一般处于氧化状态(包括地球和金星),如果没有持续生成磷化氢的源头,大气中的磷化氢会被逐渐氧化殆尽。地球大气中发现有微量的磷化氢,被认为来源于地球上的人类活动和一些微生物活动。研究团队考虑了金星上可能产生磷化氢的已知过程,如光化学过程(类似地球上产生臭氧层的过程)、地球化学过程(类似地球上火山喷发释放硫氧化物等的过程),但已知的这些过程所产生的磷化氢量都不足以解释观测到的金星大气磷化氢含量。参考地球来看,这种磷化氢的源头可能是生命活动。但我们对于金星大气中的物理、化学过程还知之甚少,无法排除有其他未知的非生物的化学反应在金星大气中进行,生成足量的磷化氢。

值得一提的是,科学家们早就发现土星和木星上存在磷化氢。但土星和木星属于气态巨行星,与地球和金星不同,大气属于还原环境,利于磷化氢的留存。


金星云层彩色照片。

金星如此恶劣的环境,可能有生命存在吗?

金星地表的温度高达约460摄氏度,气压也比地球表面高90倍,难以想象生命可以在金星的地表产生和存活。但随着高度增加,大约50~60千米的高空处的温度和气压条件都与地球表面类似。金星这个高度上的大气层由厚重的云层构成。而与地球不同的是,金星的云层并不是由接近中性的水滴组成,而是由强酸性的硫酸液滴构成。即使温度和压强条件适宜,强酸性的环境是否适宜生命活动也是极具争议的问题。


金星大气层温度和压强随高度变化。

虽然金星表面现今温度如此之高,但在过去的地质历史时期,其表面温度可能更适宜生命活动。金星大气主要由二氧化碳构成,巨量的温室气体使得金星地表温度可能经历过剧烈抬升。也就是说虽然今天金星表面不适宜生命诞生,但也不排除过去在金星地表产生的生命转移到硫酸云层中去生存的可能性。

在当下,地球上微生物体系的磷化氢生成机理和金星大气化学过程都不甚清楚,磷化氢分子作为“生命指示物”(biosignature)还没有充足的理论支持。希望进一步的研究和未来的金星探测计划能够对金星大气的成分和化学过程给出进一步的证据和模型,以对金星云层生命做出进一步判断。

参考资料

1. Bains, W., Petkowski, J.J., Sousa-Silva, C., Seager, S., 2019. New environmental model for thermodynamic ecology of biological phosphine production. Sci Total Environ 658, 521-536.

2. Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W., Rimmer, P.B., Sagawa, H., Clements, D.L., Seager, S., Petkowski, J.J., Sousa-Silva, C., Ranjan, S., Drabek-Maunder, E., Fraser, H.J., Cartwright, A., Mueller-Wodarg, I., Zhan, Z., Friberg, P., Coulson, I., Lee, E.l., Hoge, J., 2020. Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Nature Astronomy.

3. Noack, L., Breuer, D., Spohn, T., 2012. Coupling the atmosphere with interior dynamics: Implications for the resurfacing of Venus. Icarus 217, 484-498.

4. Sousa-Silva, C., Seager, S., Ranjan, S., Petkowski, J.J., Zhan, Z., Hu, R., Bains, W., 2020. Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres. Astrobiology 20, 235-268.

作者:王实

美编:刘俞伶


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