金星上或找到生命存在的證據

日本破曉號金星氣候探測器上的紅外相機拍下了這張照片：高空的黑暗雲層掩蓋了中高空較為明亮的雲層。在溫和的中高空雲層中，科學家探測到一種名為磷化氫的氣體，這說明金星上可能有生命存在。偽色照片：JAXA / ISAS / DARTS / DAMIA BOUIC

撰文：NADIA DRAKE

　　在籠罩著金星的雲層中，可能飄著某種致命物質：磷化氫。這是一種難聞的可燃氣體，會摧毀依靠氧氣生存的生物。9月14日，科學家宣布在金星的大氣中發現了這種有毒氣體；然而諷刺的是，他們表示這或許可以證明金星上存在生命。這一說法引起爭議。

　　據我們所知，在金星和地球這樣的巖石星球上，無論是人類還是微生物，只有生物會產生磷化氫。二戰期間，磷化氫曾被用作化學武器，今天仍被廣泛使用：農業中的燻蒸劑、半導體產業，同時它也是甲基苯丙胺實驗室裡令人討厭的副產品。但一些厭氧菌也會自然產生磷化氫；厭氧菌生活在缺氧的環境中，比如垃圾填埋場、沼澤，甚至動物內臟裡。

　　今年早些時候，研究人員猜測，在其他類地行星上發現這種化學物質，意味著可能存在代謝活動；他們建議未來把最靈敏的望遠鏡對準遙遠的地外行星，探測大氣層，尋找這種氣體的跡象。

　　現在，我們找到了！在發表於《自然天文學》雜誌的論文中，天文學家宣布在鄰近的行星金星上發現了磷化氫的跡象。

　　「我當時就驚呆了。我假設這是個錯誤，但我內心非常希望不是這樣，」研究合著者、麻省理工學院的博士後研究員Clara Sousa-Silva說。她最早將磷化氫認定為潛在的生命存在指標。

　　簡單說來，磷化氫不應該出現在金星的大氣中。這種氣體很難產生，而且雲層中的化學物質在積累到能觀察到的量之前，分子就應該被破壞了。但現在下結論，認為存在地外生命，還為時過早。科學家提醒我們，探測結果本身也需要核實，因為研究中描述的磷化氫圖譜有可能是望遠鏡或數據處理過程中產生的錯誤信號。

　　「非常激動人心，我們有一種習慣性的反應，首先會質疑這個結果是否真實，」行星科學研究所的David Grinspoon說：「當有人發現特殊的、前所未見的觀察現象時，我們就會懷疑他們有沒有做錯什麼。」

　　但如果金星的雲蓋中真的存在磷化氫，那麼存在兩種可能性：一種是金星上有外星生命形式，可以巧妙地把磷和氫原子結合在一起，還有一種是，金星上沒有生命，但有某種我們尚不了解的奇特化學物。

「地獄」生活

　　金星是距離太陽第二近的行星，一直被認為是地球的「雙胞胎星球」。它和地球差不多大，重力、組成也頗為相似。幾個世紀以來，滿懷希望的人類認為，金星的表面之下可能是汪洋大海、茂密的植被和生機勃勃的生態系統，它是太陽系中的第二個綠洲。

　　現實是殘酷的。

　　早期科學觀察顯示，金星堪稱恐怖世界，能以多種方式殺死地球上的生靈。金星表面的溫度高達482度。在10.5萬米厚的雲層和煙霧下，巖石一邊被炙烤，一邊承受著足以壓碎骨頭的壓力——這個壓力比我們在地球表面感受到的壓力的90倍還多。而且，金星的大氣中主要是令人窒息的二氧化碳，就在硫酸雲之下。

　　即便如此，近60年來，科學家一直認為，金星的雲蓋中可能存在生命，如果環境更友好一點，它們會茁壯成長。

　　「雖然金星表麵條件惡劣，生命很難存在，但金星雲層的情形就不一樣了，」1967年，Carl Sagan和Harold Morowitz在《自然》雜誌中寫道。

　　雖然是酸性的，這些雲中卻有我們知道的生命誕生的基本要素：陽光、水和有機分子。在靠近雲層中間的部分，溫度和壓力與地球相似。「這是一種完美的氣候狀況，融合了一切要素，」衛斯理大學的行星科學家、擬議金星任務的負責人Martha Gilmore說。她指的是金星空氣中微生物可以代謝的分子。

　　早期觀察顯示，金星的部分大氣層吸收的紫外線比預想的更多；科學家推測，這種異常現象可能是空氣中的微生物造成的。雖然這更有可能是由於含硫化合物的緣故，但一些科學家詳細說明了空中金星人的可能性。在他們的描述中，微生物負責代謝硫化合物，金星人飄浮在無處不在的雲中，甚至在不同的高度，從休眠期開始生命周期。

　　「最開始談論這個想法時，我遇到了不少阻力，主要是因為金星惡劣的酸性環境，」Grinspoon說。自20世紀90年代中期開始，他一直在宣揚金星的雲層中有生命。

　　但根據我們對地球生命的了解，如果存在金星生命，那它們可能躲在角落和縫隙裡。我們發現，地球上的微生物在溫泉和火山等惡劣的腐蝕性環境中大量繁殖。我們也知道，微生物經常搭乘雲粒子，科學家曾發現，在加勒比上空8000多米的高空，有生物體飛過。地球上的雲轉瞬即逝，所以不太可能支撐永久的生態系統，但金星的情況就不一樣了，科學家預測多雲的天氣會持續幾百萬年甚至幾十億年。

　　「在金星上，水坑永不乾涸，」Grinspoon說：「雲層連綿不絕，不僅厚，而且遍布整個星球。」

　　雖然今天的金星處於炙烤之中，但觀察表明，它曾經有一個液態水海洋。縱觀歷史，大部分時候，金星可能和地球一樣適宜居住；直至10億年前的某一時刻，不斷膨脹的溫室氣體把這顆行星從綠洲變成了死亡陷阱。也許，隨著表面化為焦土，變得不那麼宜居後，生物遷移到了雲層中，以避免滅絕的命運。

　　NASA的天體生物學家Penelope Boston專門研究地球奇怪地方的微生物，她表示，現在那裡的任何生命「更可能一個更佔主導地位的早期生物圈的遺物」。不過，她也心存懷疑。「我認為，那裡現在就是個地獄，有多少古老的生命能存活下來？」

致命氣體

　　2017年6月，卡迪夫大學的Jane Greaves和同事用詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡觀察了金星。這座望遠鏡位於夏威夷莫納克亞山山頂，可以用無線電波掃描天空。他們的目標是尋找可能成為生物起源的稀有氣體或分子。磷化氫氣體進入了他們的視野，這是一種金字塔形的分子，由3個氫原子和1個磷原子組成。

　　不久之後，Greaves聯繫上了Sousa-Silva。多年來，Sousa-Silva一直在研究所研究磷化氫能否視為活的外星生物標記。她的結論是，磷化氫可能是一種生命信號，雖然對於地球上需要氧氣生存的一切生命而言，它是致命的。

　　「地球上磷化氫很可怕，而我卻被迷住了，」她說：「它就像殺戮機器……像浪漫的生命標誌，因為它代表死亡。」

　　2019年，Greaves、Sousa-Silva和同事們繼續用智利高原上的阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA），對磷化氫進行初步觀察。ALMA比夏威夷的望遠鏡更加靈敏，不僅能用無線電頻率觀測天空，還可以檢測到金星大氣層中旋轉的磷化氫分子釋放和吸收的能量。

　　研究團隊再次檢測到了磷化氫。這一次，他們把分子的信號範圍縮小到近赤道緯度，高度在五六萬米之間；這裡的溫度和壓力對於我們已知的生命而言，不算太苛刻。根據信號的強度，團隊計算出磷化氫的含量大約是十億分之二十，至少是地球上的一千倍。

　　在外太陽系，磷化氫形成於木星和土星內部深處。在這些巨行星的核心附近，極端溫度和壓力足以製造出分子，然後分子升到大氣中。但在巖石星球上，條件沒有那麼極端，在沒有生命的情況下，我們不知道如何產生磷化氫——畢竟這個過程要耗費太多能量。換言之，如果觀測結果無誤，那麼金星大氣層中一定有什麼東西在不斷補充磷化氫分子。

　　「生命是唯一會用能量製造分子的東西，」Sousa-Silva說：「否則，茫茫宇宙中，只有機緣巧合下才會發生化學反應」

　　柏林科技大學的天體生物學家Dirk Schulze-Makuch也認為金星生命存在於雲層中，他同意磷化氫的生物學解釋，但表示存在其他可能，磷化氫也許是未知的地質或光化學反應帶來的。「從根本上說，金星是一顆外星，」他說：「有很多未解之謎。」

　　科學家開始研究在沒有生物的情況下，金星上能否產生磷化氫。研究團隊把目光對準了火山排氣、強雷擊、板塊摩擦、鉍雨和宇宙塵埃。根據他們的計算，這些事件都無法產生如此大量的磷化氫分子。

　　「無論是否有生命，都一定存在非常神奇的機制，」Sousa-Silva說：「這是一個奇怪的現象。」

重返金星

　　不過，ALMA天文臺的科學家John Carpenter卻對觀測到磷化氫這件事表示懷疑。信號很微弱，研究團隊需要經過大量處理，才能把它從望遠鏡傳回的數據中提取出來。Carpenter說，在這一過程中，可能返回了一個頻率與磷化氫相同的人為誤差信號。他還指出，遠程分子識別標準包括檢測同一分子的多個圖譜，它們會以不同頻率出現在電磁波譜上，而研究團隊還沒有對磷化氫進行相關檢測。

　　「在驗證信號方面，他們的步驟沒問題，但我還是不能相信這是真的，」Carpenter說：「如果是真的，那實在是太棒了，但我們需要後續研究，讓它更有說服力。」

　　Sousa-Silva也認為，團隊需要找到其他波長中的圖譜，來證實磷化氫的存在。她和同事打算使用平流層紅外天文觀測臺（裝載在飛機上的望遠鏡）和NASA在夏威夷的紅外望遠鏡進行觀測。但由於新冠疫情的緣故，計劃暫被擱置。

　　「我們沒有這方面證據，有些失望，」Sousa-Silva說。

　　即便如此，威斯康星大學麥迪遜分校的行星科學家Sanjay Limaye說，這一發現令人振奮，人們將繼續搜尋，而且最好是從更近的有利位置搜尋。「有趣的是，它可能指向了金星大氣層中的奇怪事物，那是神奇的化學現象，還是生命？」他說：「我們需要去探索，找出真相。」

　　隨著初步檢測出磷化氫，重返金星的呼聲可能隨之升高；上一次NASA發射金星探測器是在1989年，因此有人說早就該這麼做。Schulze-Makuch表示，人類完全可以完成大氣取樣返回任務，即發射太空飛行器，穿過雲層，收集氣體和粒子帶回地球。

　　幾項擬議任務正在評審中，包括複雜的多太空飛行器概念，這是衛斯理大學的Gilmore提出的，將由行星科學界進行評估，他們將為未來幾十年的太陽系探索設定優先次序。Gilmore的構想中包括多個軌道飛行器和一個氣球，它們將近距離研究金星的大氣層，並尋找生命的跡象。

　　近期，小型任務「達文西+」（DAVINCI+）成為NASA「發現計劃」競賽的四個入選項目之一。「達文西+」將研究金星的深層大氣。下一次任務評選將在2021年舉行。

　　「金星複雜而又迷人，還有很多未知在等著我們。它是另一個地球。金星上可能有存在了幾十億年的海洋，它就在那裡，等待人類去發現，」Gilmore說：「現在，我們擁有進入金星大氣層的技術。我們可以做到。」

（譯者：Sky4）