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科学家们刚刚在金星上发现了生命迹象吗?梦见燕子

一组科学家刚刚发表了一篇论文,宣布他们在金星云顶发现了一种特殊的化学物质。据科学家所知,这种叫做磷化氢的化学物质只有在像金星这样的行星上才能产生。所以整个互联网都在关注这件事。 但他们找到生命的迹象了吗?或者还有其他解释? 几十年前,科学家和编剧对金星上的生命感到好奇。没有宇宙飞船澳大利亚来过这里,我们也无法透过那厚厚的、朦胧的大气层看东西,所以想象力是无拘无束的。那里几乎什么都有可能发生,看不到。然

一组科学家刚刚发表了一篇论文,宣布他们在金星云顶发现了一种特殊的化学物质。据科学家所知,这种叫做磷化氢的化学物质只有在像金星这样的行星上才能产生。所以整个互联网都在关注这件事。

但他们找到生命的迹象了吗?或者还有其他解释?

几十年前,科学家和编剧对金星上的生命感到好奇。没有宇宙飞船来过这里,我们也无法透过那厚厚的、朦胧的大气层看东西,所以想象力是无拘无束的。那里几乎什么都有可能发生,看不到。然而,在20世纪60年代初,当宇宙飞船开始造访金星时,人们就清楚地认识到,金星上不太可能存在生命。金星被揭示为一个灼热的地狱,有着有毒的大气层和巨大的压力。

Prior to gaining a scientific understanding of Venus, it was anything goes for science fiction writers. This is an Avon comic book cover from 1950. By Gene Fawcette - Pulp covers, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4320460 海尔冰箱售后维修
在获得对金星的科学认识之前,科幻小说作家的一切都是如此。这是1950年的雅芳漫画封面。作者:Gene Fawcette - Pulp cover, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4320460

但金星上存在生命的想法并没有完全消失。最近,科学家们想知道,在金星异常阴云密布的大气层中,简单的生命是否能够存活。这种想法认为,极端微生物可能能够在地球大气层的酸性上层生存,那里的温度比462摄氏度(864华氏度)的表面温度低。在这些上层,压力和温度与地球相似。

这就是在云层中发现磷化氢(PH3)的原因。

宣布这一发现的新研究题为“金星云甲板中的磷化氢气体”。该研究发表在《自然天文学》杂志上,主要作者是卡迪夫大学的简·格里夫斯。其他作者来自麻省理工学院、剑桥大学和世界各地的一些其他研究机构。

首先,磷化氢的发现并不是生命存在的直接证据。磷化氢可能是一种生物标志物。这意味着我们知道它可以由微生物产生。在地球上,磷化氢是由有机物腐烂的生物体产生的,而磷化氢是大气的常规组成部分。就科学家所知,磷化氢要么是由生命产生的,要么是由需要大量能量的化学过程产生的。

Cloud structures in Venus' atmosphere, seen by Venus Express' Ultraviolet, Visible and Near-Infrared Mapping Spectrometer (VIRTIS) in 2007 (ESA)
金星快号(Venus Express)的紫外、可见和近红外测绘光谱仪(VIRTIS)于2007年(ESA)观测到金星大气层中的云结构。

在木星的大气层中也发现了磷化氢。在木星这样的气态巨行星上,有足够的能量使磷化氢以非生物方式形成。在大气深处,极端的温度和压力可以产生磷化氢,电流可以把它带到高空的大气中。但在像金星这样没有生命的岩石星球上,磷化氢是不应该存在的。它应该被氧化了,只是没有足够的能量来产生它。

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所以它在金星大气层中的存在引起了所有人的注意。

研究小组非常确信他们已经发现了磷化氢。在他们的论文中,他们写道:“除了PH3,我们无法找到另一种化学物质来解释观察到的特征。我们的结论是,PH3的候选检测是稳健的……”

他们对他们的发现进行了详尽的分析,试图找到某种方式来解释金星的磷化氢在没有生命来源的情况下可以被解释。在他们的论文中,他们写道:“在对稳定状态的化学和光化学途径进行了详尽的研究之后,PH3的存在无法解释,目前在金星的大气、云层、地表和次地表,或闪电、火山或陨石释放中,都没有已知的非生物生成途径。”

该团队希望其他科学家能找到一个解释。

麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的研究科学家克拉拉·苏萨-席尔瓦(Clara Sousa-Silva)说:“很难证明什么是负面的。”“现在,天文学家会想尽一切办法证明磷化氢没有生命,我对此表示欢迎。请这样做,因为我们在展示能够产生磷化氢的非生物过程的可能性上已经走到了尽头。”

磷酸要么来自生命,要么是科学家还不知道的化学过程在起作用。

“这意味着要么这是生命,要么这是某种物理或化学过程,我们不希望在岩石行星上发生,”合著者、EAPS研究科学家Janusz Petkowski补充说。

磷化氢的位置引起了大家的兴趣。

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金星的大气层炎热、稠密、有毒,而且酸性极强。它的酸性可能是地球的十亿倍,延伸了我们所谓的生命极端环境的定义。“对于任何一种生命来说,金星的环境都非常具有挑战性,”Seager说。

但有一个区域,在金星大气层的高处,情况就不同了。

在离地表48到60公里(30到37英里)的地方,温度并没有那么致命。在那个海拔高度,温度范围在-1摄氏度到93摄氏度(30到200华氏度)之间。这是非常有争议的,但一些科学家想知道生命是否可以在那里生存。这就是这个研究小组发现磷化氢的地方。


由日本探测器赤月号拍摄的金星合成图。金星的云可能有环境 nmental有限公司 nditions有限公司 诱导微生物生命。资料来源:日本宇宙航空研究开发机构(JAXA) 航海科学

Petkowski说:“这种磷化氢信号被完美地定位在其他人推测的适宜居住的地方。”

格里夫斯和她的团队在夏威夷用詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜进行了磷化氢的初步探测。他们在金星大气层中寻找可能是生命信号的意想不到的分子。然后他们联系了磷化氢专家苏萨-席尔瓦。

苏萨-席尔瓦对磷化氢感兴趣是因为它是一种生物特征。但她希望在遥远的系外行星上寻找这种分子,作为确定银河系其他地方生命的整体科学努力的一部分。

苏萨-席尔瓦在一份新闻稿中说:“我当时想的是真的很远,很多秒差距远,而不是真的想到离我们最近的行星。”

该团队想要对他们的发现进行更多的确认,所以他们求助于欧洲南方天文台的ALMA(阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列)。它比詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜(JCMT)有更高的灵敏度,后者是最初的发现者。ALMA观测证实了该团队的发现:一种与金星云层中磷化氢气体发出的光相匹配的光模式。

This figure is from a 2020 paper by some of the same authors of the newly-published paper. It shows a proposed lifecycle for Venusian aerial microbial life.  (1) Desiccated spores (black blobs) persist in the lower haze. (2) Updraft of spores transports them up to the habitable layer. (3) Spores act as CCN, and o<em></em>nce surrounded by liquid (with necessary chemicals dissolved) germinate and become me<em></em>tabolically active. (4) me<em></em>tabolically active microbes (dashed blobs) grow and divide within liquid dro<em></em>plets (solid circles). The liquid dro<em></em>plets grow by coagulation. (5) The dro<em></em>plets reach a size large enough to gravitatio<em></em>nally settle down out of the atmosphere; higher temperatures and dro<em></em>plet evaporation trigger cell division and sporulation. The spores are small enough to withstand further downward sedimentation, remaining suspended in the lower haze layer “depot.” Image Credit: Seager et al, 2020.
这个数字来自于一篇2020年的论文,作者是这篇新发表论文的一些作者。它显示了金星上大气微生物的生命周期。(1)干燥的孢子(黑色斑点)持续存在于下方的雾霾中。(2)孢子上升气流将它们向上输送到可居住层。(3)孢子作为CCN, o 一旦被液体包围(溶解了必要的化学物质),就会发芽,成为我 tabolically活跃。(4)我 具有代谢活性的微生物(虚线团)在液滴中生长和分裂 plets(实心圆圈)。液滴凝结而增大。液滴达到足以受重力作用的大小 终于在大气之外安定下来;更高的温度和液滴蒸发触发细胞分裂和孢子生成。这些孢子足够小,能够承受进一步向下沉降,悬浮在雾霾层较低的“仓库”中。图片来源:西格等人,2020年。

有了ALMA和JCMT的数据,他们转向了一个金星大气层的模型来帮助理解它。这个模型是由京都产业大学的佐川秀夫开发的。佐川也是这项新研究的合著者。

研究结果表明,磷化氢在金星大气中只占很小的一部分,浓度仅为20 ppb(十亿分之一)。虽然这只是极小的一部分,但在地球大气中,生物是唯一的来源,浓度可能更低。

然后,该团队忙于将他们的发现与科学家所知道的有关金星的一切相吻合。他们探索了在没有生命的情况下能够解释磷化氢存在的所有途径。他们考虑了一系列的可能性,包括阳光、地表矿物质、火山活动、流星撞击和闪电。

Petkowski说:“我们确实研究了在岩石行星上产生磷化氢的所有可能途径。”“如果这不是生命,那么我们对岩态行星的了解就严重缺乏了。”

如果生命在磷化氢的后面,那么生命的处境就很艰难。它被困在金星温和的云甲板上,远高于这个星球地狱般的表面。它是如何到达那里的?

科学家们认为,金星在数十亿年前可能是宜居的。它甚至可能有海洋。它甚至可能是我们太阳系的第一颗宜居行星。任何生活在云中的生命都有可能是古代表面生命的后代,就像地球早期生命的残余物在缺氧的泥浆中生存,被不断变化的环境所驱逐。

“很久以前,人们认为金星上有海洋,而且可能像地球一样适合居住,”苏萨-席尔瓦说。“随着金星变得不那么适宜居住,生命不得不适应,他们现在可能在这个狭窄的大气层中仍然可以生存。”这可能表明,即使是一颗位于宜居带边缘的行星,也可能有一种大气,具有当地的空中宜居外壳。”

金星云层中可能存在一种奇怪的生命形式。它必须不断地繁殖。而且它必须使用水以外的液体来完成细胞功能。“原则上,你可以有一个生命周期,让云层中的生命永远存在,”佩特考斯基说,他认为任何在空中的金星生命都与地球上的生命有根本的不同。“金星上的液体介质不像地球上的水。”

该研究小组打算对这些结果进行更多的研究。他们想用其他的望远镜来尝试并绘制出磷化氢的地图,看看它是否以每天或季节性的周期来来去,这可能意味着生命在它的后面。

这并不是科学家们第一次在金星大气层中发现潜在的生命迹象。但大多数生命的化学迹象也可以由非生命过程产生。磷化氢是不同的。

Observations suggest Venus may have had water oceans in its distant past. A land-ocean pattern like that above was used in a climate model to show how storm clouds could have shielded ancient Venus from strong sunlight and made the planet habitable. Credits: NASA
观测结果表明,在遥远的过去,金星可能有水海洋。在一个气候模型中,使用了上面的陆地-海洋模式,以显示www e12 com cn风暴云是如何保护古老的金星免受强烈阳光的照射,并使其适于居住的。学分:美国国家航空航天局

“从技术上讲,在金星的大气层中已经发现了生物分子,但这些分子也与生命以外的一千种东西有关,”苏萨-席尔瓦说。“磷化氢的特殊之处在于,没有生命的岩石行星上很难产生磷化氢。地球是我们发现磷化氢的唯一类地行星,因为那里有生命。直到现在。”

这就是它现在的位置。有很多头条新闻都在说,或者至少是在暗示,科学家在金星上发现了生命的迹象。但实际情况要微妙得多。

虽然磷化氢可能是生命的标志,但它也可能不是。事实是我们还不知道。正如合著者Sousa-Silva所说的,“很难证明负面的。”随着我们对其他行星和卫星的研究越来越深入,我们发现了各种令人困惑的物理和化学过程和结果。

这可能是,也可能是其中之一。

如果我们真的在其他地方发现了生命,它会是什么样子,这很有趣。在好莱坞或科幻电影的版本中,经常会出现技术先进的外星种族,他们的巨大飞船在地球上的城市上空威胁地盘旋。或者一个勇敢的探险者/科学家团队在调查某个遥远的世界时,被异型寄生繁殖所杀害。

但在现实中,它可能看起来更像这样。一种微小的化学信号,一开始很微弱,然后通过阶段验证。只是一种不太可能的分子,潜伏在不该出现的地方。意想不到的和持续的。

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