金星雲中的奇異化學物質無法解釋，可能是生命的徵兆嗎？

2020-09-15 流芳科學

金星上有生命嗎？一個新發現表明我們應該更加努力。發現地球以外的生命可能始於嗅探，嗅探是科學家在不調用一種奇怪的，暗淡的微生物的情況下難以解釋的某種化學物質的嗅覺。第一步發生在火星和一些遙遠的衛星上，現在科學家們建議在金星上進行。

一個由天文學家組成的小組9月14日宣布，在太陽第二塊巖石的雲層中發現了膦的化學指紋，科學家認為該膦可能與生命有關。這一發現並不能保證生命存在於金星上，但研究人員說，這是一個誘人的發現，強調需要對鄰近的熾熱，氣態行星進行更多的任務。

  • 2016年5月6日，日本的Akatsuki太空飛行器捕獲了金星的圖像。 （圖片來源：J。Greaves /卡迪夫大學，（CC BY 4.0））

華盛頓大學的天體生物學家維多利亞·梅多斯（Victoria Meadows）認為，可能是由於生命造成的解釋並不是我要做的第一件事。但這是一個有趣的發現，並且強調了我們如何忽視鄰居。這一發現特別提醒我們還需要了解更多有關金星的知識。

這項新的研究基於這樣的想法：儘管金星的表面可以承受灼熱的溫度和壓碎的壓力，但在雲端高空條件卻不那麼苛刻。而且科學家已經意識到地球自身的大氣充滿了微小的生命。突然之間，金星大氣最甜蜜的地方似乎並沒有那麼奇怪，那裡的溫度和壓力模仿著地球上的溫度和壓力。

重大發現

這項新研究背後的科學家想要尋找膦。研究人員最近想知道這種化學物質是否可能是一種良好的生物特徵，這是一種複合天文學家在尋找生命中的目標。它應該在富含氧氣的大氣中迅速分解，例如地球和金星，以及在地球上，如果不是由人類工業生產的，它似乎是在某些微生物附近發現的。

英國加的夫大學的天文學家簡·格裡夫斯（Jane Greaves）是這項新研究的主要作者，她意識到她可以使用自己熟悉的望遠鏡在金星的大氣中進行檢查。格雷夫斯當時表示在金星上尋找它可能真的很奇怪，但這並不難，而且不需要花費很多小時的望遠鏡時間。」 「為什麼不去試試呢？」 因此，在2017年6月的五個不同的早晨，天文學家使用夏威夷的James Clerk Maxwell望遠鏡凝視金星。

  • 夏威夷的James Clerk Maxwell望遠鏡對金星大氣中的膦進行了初步檢測。 （圖片來源：Will Montgomerie / EAO / JCMT，（CC BY 4.0））

這些觀測結果在計算機上呆了一年半，而她卻沒有時間去研究它們。我以為，就在我們把它扔掉之前，我將對[分析數據]有最後的決定。有這條線，它不會消失，而且似乎不再是虛構的。我只是被完全驚呆了。那條線是光譜的一個條紋，科學家可以在望遠鏡對光的觀測中讀取該化學條形碼。每種化學品都有自己獨特的線條和空白指紋；匹配足夠的線條，您可以識別一個神秘的物質。這項新研究中的觀察僅集中在膦的條形碼中的一行上，因此不太相信新發現代表對膦的結論性鑑定。

直到我們可以拿到另一條條形碼為止……我們無法區分正在查看的條形碼類型。我認為他們在其中使用磷化氫是一個很好的例子，但我認為他們還沒有我認為是灌籃檢測的東西。研究人員尚未解決這一問題，但Greaves和她的同事確實安排在2019年3月使用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）再次尋找化學物質，並確保檢測到的不僅僅是望遠鏡打h 。

  • 金星的新圖像顯示了ALMA在其對新研究的觀察中所看到的視圖。 （圖片來源：ALMA（ESO / NAOJ / NRAO），Greaves等）

研究顯示，ALMA收集了幾個小時的數據，其中還顯示出了比科學家預期的更多的膦-這不是一個龐大的計劃，而是每十億中約有20個粒子。這種豐富的磷化氫比她預期的要多得多。望遠鏡觀測工作的方式，化學物質必須位於金星表面以上30英裡（50公裡）以上。大約在同一高度，最近與一些共同的合著者發表的另一篇論文指出，微生物生命可以孢子的形式生存。

格雷夫斯（Greaves）和她的同事們開始著手研究可能產生所有磷化氫的原因：也許是火山噴發或閃電襲擊，或者是流星在大氣中融化，或者是風將顆粒從行星表面拉出。但是這些解釋對他們來說似乎都不足夠。像往常一樣，努力做出更常規的解釋並不意味著科學家認為他們已經找到了生命。但是，金星微小蟲的可能性變得越來越合理了-研究我們周邊世界的研究人員說，不管是否有實際生活，這一點都很重要。

遇見神秘的膦

就像在金星上檢測膦一樣令人著迷，沒有參與這項新研究的科學家擔心，即使在檢測到生命的巨大潛在影響之前，它也取得了長足的進步。有些人不相信膦是活生物體的可靠指紋。在地球上，被三個氫分子包圍的單個磷分子是稀有且短暫的：某些工業過程會產生這種磷，並且它與生活在特別陌生的環境中的某些類型的細菌有關。它在地球的富氧大氣中迅速轉變，在金星的大氣中也應迅速轉變，這對於尋找外星人呼吸的科學家很感興趣。

但是，關於膦的興奮可能還為時過早。維也納大學的生物化學家泰蒂揚娜·米洛耶維奇（Tetyana Milojevic）表示：膦與生物界的聯繫非常非常微弱，只需通過去實驗室做實驗就可以證實。她認為膦僅在微生物附近發現，而不是由其產生，並且該化合物似乎是由生物材料的化學衰變釋放的。因此，科學家們才可以使用膦作為潛在biosignature，需要進入實驗室，並真正理解微生物是否以及如何產生磷化氫，一個過程，科學家將目光投向火星甲烷完成很久以前。


  • 藝術家對金星的描繪，以及插圖中的膦分子。 （圖片來源：ESO / M。Kornmesser / L。Calçada和NASA / JPL-Caltech，（CC BY 4.0））

對於膦而言，這些實驗並非那麼簡單，南佛羅裡達大學的天體生物學家兼地球化學家馬修·帕塞克（Matthew Pasek）曾研究過磷循環問題，但並未參與這項新研究。磷化氫有點討厭，所以我們不喜歡玩它，因此我們實際上並不十分了解它是如何通過自然過程製成的。它一直被歸類為磷化學的背景。對磷化氫是地球上的生物籤名充滿信心，但她希望科學界可以進行這類實驗室實驗，並以其他方式在她的團隊的基礎上發展。

將膦作為生物籤名的想法可能還有另一個致命的缺陷。金星現在是科學家檢測到磷化氫的第四顆行星：兩個氣體巨人和地球。新的檢測結果顯示金星上的磷化氫水平大約與木星和土星的磷化氫水平相等。帕塞克說，但是，這比地球上的資源豐富得多-豐富了1000倍。在一個可能是生物的地方，即使在那裡也很少。因此，如果是金星上的生物，那是很奇怪的，那是因為奇怪的原因而產生了很多膦。畢竟是金星-我們神秘的鄰居。

距離使科學更加困難

Greaves和她的同事計劃繼續從地面繼續研究金星，儘管她說冠狀病毒大流行已經幹擾了這些觀察結果。她希望進行分析，以涵蓋磷化氫條形碼中的其他一些標記。當然，某些膦的研究可以在實驗室中進行。但是，這個巨大難題的細節不太可能從地球表面清楚地看到。

太空飛行器傾向於在金星周圍滑動，與敵對環境保持安全距離。設計能夠承受雲層和表面的機械非常困難，以至於幾十年來沒有太空飛行器進入大氣層。利馬耶在談到這項新研究時說：應該要求美國宇航局和其他太空機構將金星視為天體生物學調查的目標，這意味著他們應該投入一些資金來開發有能力的空中平臺。

  • 赤月號太空飛行器捕獲的金星的偽彩色圖像。 （圖片來源：JAXA / ISAS / Akatsuki項目團隊，（CC BY 4.0））

無論您的品味是採用更傳統的設計還是飛艇，氣球或商業建造的太空飛行器等非傳統的選擇，當您夢寐以求的可以解決大氣層的金星任務時，都可以從中選擇很多想法。 美國宇航局馬裡蘭州戈達德太空飛行中心的行星科學家詹姆斯·加文（James Garvin）並未參與這項新研究，但他是美國宇航局正在評估的金星大氣探測任務的主要研究員。

如果我們忽視它太久，我們可能會因為樹木而錯過森林，那永遠都不是一件好事。他認為工程已經趕上了金星大氣層的挑戰。思考大氣本身在告訴我們什麼時候了。正是隔壁這個美麗的實驗室已經足夠堅韌，我們已經忽略了35年。這項研究在9月14日發表在《自然天文學》雜誌上。

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