金星上發現生命的可能跡象

2020-09-17 賽先生

一個國際天文學家團隊宣布：在金星的雲層中發現了一種罕見的分子——磷化氫。在地球上，這種氣體只能通過工業生產或由在無氧環境中繁衍的微生物來產生。幾十年來，天文學家就一直推測，金星上的高空雲層可以為微生物提供生存家園——漂浮在雲層中以免於金星地表的熾熱，但需要忍受非常高的酸度。探測到磷化氫可能表明了存在這種外星「空中」生命。

我們的鄰居金星的藝術想像，科學家已經證實在那裡發現了磷化氫分子，插圖中展示了磷化氫分子。這些分子是由麥克斯韋望遠鏡和阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡在金星高空雲層中探測到的。（Credit: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech）


「當我們第一次在金星的光譜中發現磷化氫的跡象時，我們感到震驚!」研究團隊帶頭人、英國卡迪夫大學的Jane Greaves如此說。利用麥克斯韋望遠鏡（JCMT；由位於夏威夷的東亞天文臺運營），他第一個發現了磷化氫的跡象。而確認他們的發現則需要使用更靈敏的阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA；位於智利，歐洲南方天文臺是其合作夥伴之一)的45個天線。這兩個設施都以大約1毫米的波長來觀測金星——只有在高海拔的望遠鏡才能勝任這一任務。

金星的藝術想像。（Credit: ESO/M. Kornmesser & NASA/JPL/Caltech）


這個國際團隊（包括來自英國、美國和日本的研究人員）估計，在金星的雲層中磷化氫以很小的濃度存在，大約每10億個大氣分子中只有20個。根據其觀察，他們進行了計算，看看這一數量是否可能來自金星上自然的非生物過程。但各種想到的可能來源，包括陽光、從地表向上吹起的礦物質、火山或閃電，都不可能接近這一數量。研究發現，這些非生物途徑所能產生的磷化氫至多只有所觀測數量的萬分之一。

金星地表、雲層，以及磷化氫分子的藝術想像。這些分子漂浮在海拔55到80公裡的金星飄動的雲層中，吸收由較低海拔處產生的部分毫米波。（Credit: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada）


研究團隊認為，根據某些陸地生態學，要在金星上產生觀測到的磷化氫數量，陸地生物只需要以其最大生產力的大約10%工作。我們知道，地球上的細菌能製造磷化氫:它們從礦物或生物物質中吸收磷酸鹽，再加入氫，最終排出磷化氫。金星上的任何生物體，都可能與它們的地球「表親」截然不同，但它們也可能是大氣中磷化氫的來源。


在金星雲中發現磷化氫，這雖然令人驚訝，但研究人員對他們的發現很有信心。來自英國ALMA區域中心和曼徹斯特大學的研究團隊成員Anita Richards說：「讓我們感到欣慰的是，進行後續觀測時，金星與地球的角度正好合適，各種條件很適合ALMA進行觀測。然而，處理這些數據卻很棘手，因為ALMA通常不用於在金星這樣非常明亮的物體上尋找非常細微的效應。」 Greaves領導了這項發表在《自然·天文學》上的研究工作，他補充道：「最後，我們發現兩個天文臺都看到了相同的現象——在對應磷化氫氣體的正確波長上，觀測到了微弱吸收。」


另一位團隊成員、來自美國麻省理工學院的Clara Sousa Silva，已經將磷化氫作為系外行星上不依賴氧氣的生命的「生物標誌」氣體來進行研究，因為一般的化學反應對磷化氫的影響很小。她說:「在金星上發現磷化氫是一個意外收穫!這一發現提出了許多問題，比如生物體究竟如何才能在這種環境下生存。在地球上，一些微生物可以應對環境中高達5%左右的酸，但金星雲層幾乎完全是由酸構成的。」


該團隊認為，他們的發現意義重大，因為他們可以排除許多產生磷化氫的方法，但他們承認，確認「生命」的存在還需要做很多工作。儘管金星高空雲層的溫度可以達到令人愉快的30攝氏度，但它們的酸性強到令人難以置信——大約90%的硫酸，這給企圖在那裡生存的微生物帶來了重大問題。


歐洲南方天文臺天文學家、ALMA歐洲運營經理Leonardo Testi沒有參與這項研究，他說:「根據我們目前對巖質行星大氣中磷化氫化學的理解，金星上磷化氫的非生物產生途徑被排除在外了。確認金星大氣層中存在生命將是天體生物學的重大突破;因此，有必要對這一令人興奮的結果進行後續的理論和觀測研究，以排除巖質行星上的磷化氫可能也有與地球上不同的化學起源的可能性。」


對金星和太陽系外巖質行星的更多觀測，包括使用即將問世的歐洲南方天文臺的極大望遠鏡（Extremely Large Telescope），可能有助於收集關於「在這些行星上，磷化氫如何產生」的線索，並有助於尋找地外生命跡象。


本文轉自《墨子沙龍》，文章根據Creative Commons Attribution 4.0 International License協議，編譯自European Southern Observatory官方網站。原文地址：https://www.eso.org/public/news/eso2015/

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