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金星上存在生命?磷化氫還算不上實錘
2020-09-21 08:50:22 來源: 科技日報
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  1979年,“先驅者”金星計劃軌道器拍下了這張圖像,顯示金星擁有極厚的大氣層。雖然在大小和質量上與地球相似,但金星的軌道離太陽更近,這就給金星帶來了更厚的大氣層和更熱的表面。來源:NASA

  只有向金星發送探測器,在大氣層中磷化氫存在的位置實地檢測到微生物,才可以說金星存在生命。

  9月13日晚上,一則關于“金星云層中發現生命跡象”的消息流傳開來。

  9月14日,消息來源確認,《自然·天文學》雜志發表了一篇題為《金星云層中的磷化氫氣體》的研究文章。文章表明科學家通過望遠鏡發現了金星云層中含有磷化氫。磷化氫在地球上是與生命有關的有毒氣體,這種氣體被認為是潛在的生物信號,可以作為其他行星和天體上存在生命的證據。

  地外生命這個神秘又經久不衰的命題,也是現代科學研究的前沿。“我們在宇宙中是唯一的嗎?”在中國科學院國家天文臺研究員李菂看來,探索地外文明是自然科學研究的傳統之一,目的在于“幫助了解人類在宇宙中的位置”。此次發現使用的麥克斯韋望遠鏡(JCMT)位于美國夏威夷州,是目前世界最大的單體亞毫米波望遠鏡。2015年2月,東亞天文臺正式接管JCMT的科學運行與管理。中國科學院大科學中心是東亞天文臺的四個核心成員之一。“金星大氣中磷化氫的發現是中國科學院參與管理運行的海外設備的重大科學成果。”李菂說。

  并非生命存在的確切證據

  一石激起千層浪,從科學家到普通民眾都為之興奮。但英國倫敦帝國理工學院天文物理學家戴維·克萊門茨(David Clements)的說法很謹慎:“這項發現還只是個間接證據,無法真的證明有生命存在,但是空氣中明顯飄散著堇青石(cordite),這可能暗示著某種東西。”

  磷化氫是什么?為什么它的發現會與生命聯系在一起?據清華大學高等研究院天體物理學博士生王卓驍介紹,磷化氫是一種化學活性非常強的無機物小分子,在地球富含氧氣的大氣環境中,很快會被氧化。如果把磷化氫的生成類比為推石頭上高山,則需要非常高效和專一的化學反應,才能把石頭推到山頂,然而輕微的擾動就會讓石頭立刻掉落山下。所以生成磷化氫很難,而且消失太快難以察覺。

  “因此,一旦我們觀察到磷化氫,就可以肯定那里一定存在高效且專一的相關化學反應,在持續產生磷化氫。然而具體是什么樣的化學反應,我們還知之甚少,只知道這是生命活動的結果。”王卓驍表示,在沒有生命活動參與的自然環境中,目前還沒有可觀的磷化氫記錄。

  研究人員對所有可能的非生命過程做了一個簡單的估算,發現估算結果并不足以解釋觀測結果。這說明磷化氫的來源至少有兩種,一種是有其他未知的非生命過程,這些過程釋放出了一定的磷化氫,另外一種是生命活動過程。

  “天體生物學家傾向于把磷化氫當作一種生命示蹤信號,認為只有生命活動才會有這種高效的化學反應,持續產生大量的磷化氫。”王卓驍表示,“在地球之外,其他未知的非生命化學反應是否也能產生磷化氫,目前我們是不知道的。”所以研究人員表示磷化氫可能來源于金星上未知的光化學或地質化學過程,也可能源于與地球相似的生命活動。

  另外值得一提的是,金星的大氣成分主要是惰性的二氧化碳和硫酸等酸性氣體,與地球相比,磷化氫生成之后存在的時間會相對長一些。所以這次發現的意義,并非生命存在的確切證據,也可能是金星大氣中活躍的未知化學反應的證據。

  環境極端只是針對人類而言

  金星被稱作“地獄行星”,地表溫度超過400攝氏度,連一些金屬都可以融化,氣壓是地球表面大氣壓的40倍,所以王卓驍提到,其地表是幾乎不可能存在生命的。但磷化氫被發現時的高度,是距離金星表面40到60千米的地方,可將其稱作“溫和區”,這里溫度下降到了50攝氏度到0攝氏度,氣壓也下降到1個地球大氣壓左右,所以如果存在生命活動,溫和區將是非常合適的選擇。“如果存在微生物,它們可能會懸浮在溫和區中,靠氣體凝結和氣化進行上下移動,獲得不同的溫度,進行不同的新陳代謝反應。雖然金星大氣沒有氧氣,但至少對厭氧細菌來說不是問題。”王卓驍說。

  “金星大氣的環境不是特別‘極端’。”李菂強調,極端的定義是針對人類而言的,其實地球生命也很多樣,比如地衣可以活一萬年,放在很低溫度、很少氧氣,甚至外太空環境都可以生存。他表示,“極端是相對的說法,需要有參照系。馬里亞納海溝的環境算得上極端,但那里也有沒有眼睛、無需陽光的生物在生活。高溫、低溫、有氧、無氧等極端環境依然可以有生命,我們尚不具備對生命形式的完整認識。”

  因此,金星以及其他天體環境是否可能孕育生命,與其強調環境的極端,不如探究哪些存在形式可以被定義為生命活動。

  在李菂看來,這一發現真正的價值有待后續研究。一方面,如何對這項新發現的數據進行處理和解釋值得進一步檢驗,無論金星大氣、火星表面還是深空,有沒有其他生命過程相關的成分都值得進一步探索;另一方面,人類還是要繼續進行深空探測,因為最終還是要看到那個“生命體”。

  深空探測才能獲得直接證據

  如何才算找到了生命信號?據王卓驍介紹,關于生命示蹤信號,從化學活性的角度來看,氧分子是最好的信號。地球上有了遍布的植物才產生了大量的氧氣,可以估算出如果沒有植物的持續供給,地球上的氧氣在百萬年內將全部固化到巖石中。所以只要看到其他星球上有氧分子的信號,就可以肯定存在與地球類似的植物生命。

  另外水分子也是一個關鍵的示蹤信號。都說“水是生命之源”,具體來說,生命體中幾乎所有的化學反應,都是在溶液中進行的。例如我們體內的細胞環境即是一個液態環境,溶液中分子可以充分地接觸進而發生反應。如果有地下溫泉,這更是一個良好的信號了,例如“卡西尼號”探測器看到土衛二噴出的熱泉。地球上的生命被我們概括為“碳基生命”,由碳原子組成的有機物分子,構成了生命的基本單元,所以有機物分子也是很好的示蹤信號,同樣由“卡西尼號”探測器,在土衛二噴出的熱泉中識別到了大量的有機物分子。

  中山大學大氣科學學院教授崔峻表示,因為地球上一般都是碳基生命,所以在地外生命探索中,科學嚴謹的方法是分析碳同位素的比,即碳12和碳13的比值。這是因為非生物成因的碳同位素比和生物成因的碳同位素比差別很大,可以通過這個比值來判斷是否存在生命活動。

  “磷化氫比甲烷的化學活性強很多,即便能夠確定金星上存在磷化氫,這也僅是生命存在的間接證據,也可能是非生命過程產生的,我們無法判斷其是否是由非生命過程產生的。只有向金星發送探測器,在大氣層中磷化氫存在的位置實地檢測到微生物,才可以說金星存在生命。”王卓驍說,所以即便在火星看到液態水的痕跡,看到地下湖泊,看到甲烷存在的信號,都只能屬于間接證據,只有“好奇號”或其他火星車采樣到生命存在的直接證據,才能確認火星存在生命。

  對于金星,目前還沒有明確的科學任務入軌或著陸,但磷化氫的發現無疑會推動金星探測任務的發展,未來我們應該會看到探測器在金星大氣中作業,屆時便能確定金星上是否存在生命。(記者 崔 爽)

【糾錯】 責任編輯: 詹婧
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