金星上發現地外生命跡象？別激動得太早

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來源：科技日報

作者：崔爽

近日，一則關於「金星雲層中發現生命跡象」的消息流傳開來。

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這則消息源自《自然‧天文學》雜誌於9月14日發表了一項題為 《金星雲層中的磷化氫氣體》的研究文章。文章詳細介紹了一個國際天文學家團隊利用望遠鏡發現了含有磷化氫的雲層，而磷化氫在地球上是與生命有關聯的有毒氣體。這種氣體被認為是生命的潛在生物信號，可以作為其他行星和天體生命的證據。

圖片來源：Nature Astronomy

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。「我們在宇宙中是孤單的嗎？唯一的嗎？」在中科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，目的在於「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）位於美國夏威夷州，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望遠鏡的科學運行與管理。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科院參與管理運行的海外設備產生的重大科學成果。」李菂說。

「並非確切的生命的證據」

一石激起千層浪，從科學家到普通民眾都為之興奮。但研究的共同作者，倫敦帝國理工學院天體物理學家戴維·克萊門茨（David Clements）的說法很謹慎："這項發現還只是間接證據，還無法證明真的有生命存在，但是空氣中明顯飄散著某種物質，這可能暗示著某種東西。"

磷化氫是什麼？為什麼它的發現會與生命活動聯繫在一起？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，在地球上富含氧氣的大氣環境中，很快會被氧化。可以把生成磷化氫類比成推石頭上高山，需要非常高效和專一的化學反應，才能把石頭推到山頂，然而輕微的擾動之後，石頭就馬上又掉下山去。所以生成磷化氫很難，而且消失太快難以察覺。

「那麼我們一旦觀察到磷化氫，可以肯定那裡一定存在高效和專一的相關化學反應，持續產生磷化氫。目前在很多動物（例如鳥類、昆蟲和哺乳動物）糞便中記錄到了磷化氫的存在，此外有些科學家在實驗室中發現一些細菌菌落在厭氧含磷的環境中，也可以獨立生成磷化氫。然而具體是什麼樣的化學反應，我們還知之甚少，只知道這是生命活動的結果。」王卓驍表示，在自然界非生命活動參與的環境中，目前還沒有可觀的磷化氫記錄。

麥克斯韋望遠鏡。圖片來源：WILL MONTGOMERIE/JCMT/EAO

中山大學大氣科學學院教授崔峻表示，磷化氫本身是一種無色有毒易燃的常見氣體，無法在自然界中自然產生，一般都是由工業製造產生的。但是幾年前，在一些海底溫泉口的極端環境下發現了一些微生物，他們可以吸收環境中的磷元素，然後通過新陳代謝產生磷化氫並釋放出體外，這也是另外一種可能的磷化氫的來源。也正是因為這一點，文章中把磷化氫的探測和生命起源聯繫在一起。不過文章中也談到磷化氫的多種產生機制，例如光化學反應，閃電，或者外部的微隕石流注入（就是通常說的流星雨）等等。文章裡對所有可能的非生命過程做了一個簡單的估算，然後發現估算結果是不足以解釋觀測結果的。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，這些未知的過程釋放出了一定的磷化氫，另外一種是生命活動的過程。

由ALMA取得的金星光譜。圖片來源：Greaves et al.

「天體生物學家們便傾向於把磷化氫當做一種生命示蹤信號，認為只有生命中才會有這種高效的化學反應，持續產生大量的磷化氫。」王卓驍特別強調了「僅僅是傾向於」，「在地球之外，其它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。」所以關於這次發現，嚴謹的論斷正如論文中寫道：磷化氫可能來源於金星上未知的光化學或地質化學過程，也可能源於與地球相似的生命活動。另外值得一提是金星大氣成分，主要是惰性的二氧化碳和硫酸等酸性氣體，與地球相比，磷化氫生成之後存在的時間會相對長一些。所以這次發現的意義，並非確切的生命的證據，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」，地表溫度超過四百攝氏度，連一些金屬都可以融化，氣壓超過40倍地球表面的大氣壓，所以王卓驍提到，其地表是幾乎不可能存在生命的，但磷化氫被發現存在的高度，是距離金星表面40到60千米的地方，可將其稱作「溫和區」，這裡溫度下降到了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，這一層溫和區將是非常合適的選擇，「如果存在微生物，它們將是懸浮在溫和區中，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，但至少對厭氧細菌不在話下。其它生命活動所需的條件我們也不得而知了，期待探測器實地造訪。」王卓驍說。

資料圖：歐洲南方天文臺14日發布的一張金星的藝術效果圖，小圖中展示了磷化氫分子。

「金星大氣的環境不是特別『極端』。」李菂強調，況且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都可以生存。在他看來，「極端是相對的說法，需要有參照系。馬裡亞納海溝的環境算得上極端，但那裡也有沒有眼睛、無需陽光的生物在生活。極端環境依然可以有生命，高溫、低溫、有氧、無氧，我們尚不具備對生命形式的完整認識。」因此，金星以及其它星體的環境是否可能孕育生命，與其強調其環境的「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，目前這個發現是一個「很有趣的工作」，但它的真正價值有待後續研究。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，無論金星大氣還是火星表面或是深空，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，直接點說，人類還是要進行深空探測，因為最終還是要看到「那個生命體」。

深空探測才能採樣「直接證據」

如何才算找到了生命信號？據王卓驍介紹，關於生命示蹤信號，從化學活性的角度來看，氧分子是最好的信號了，地球上有了遍布的植物才產生了大量的氧氣，可以估算地球上的氧氣如果沒有持續供給，百萬年內將全部固化到巖石中。所以只要看到其它星球上有氧分子的信號，可以肯定與地球類似植物存在了。

另外水分子也是一個關鍵的示蹤信號，都說地球上「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的接觸進而發生反應。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。

崔峻表示，因為地球上一般都是碳基生命，所以地外生命探索中科學嚴謹的方法是分析碳同位素的比（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，所以可以通過這個比值來判斷是否存在生命活動。

日本破曉號探測器拍攝的金星硫酸雲層（偽色）。圖片來源：AKATSUKI PROJECT TEAM/ISAS/JAXA

「磷化氫比甲烷的化學活性強很多，即便今天說金星上確切存在磷化氫，這也僅僅可能是生命存在的間接證據，也可能是非生命過程產生的，我們無法肯定。只有把探測器發往金星，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，所以今天即便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，統統是間接的，只有像好奇號或其它火星車，採樣到生命存在的直接證據，才能確認火星存在生命。對於火星，在可見的未來，將有越來越多的實地探訪，甚至在二十年內載人登陸火星。而對於金星，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，數十年內我們應該會看到探測器在金星大氣中作業，但是在確切回答金星是否存在生命之前，大量的火星車可能已經探明火星是否有或者有過生命了。

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