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金星上存在生命?磷化氢还算不上实锤
2020-09-21 08:50:22 来源: 科技日报
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  1979年,“先驱者”金星计划轨道器拍下了这张图像,显示金星拥有极厚的大气层。虽然在大小和质量上与地球相似,但金星的轨道离太阳更近,这就给金星带来了更厚的大气层和更热的表面。来源:NASA

  只有向金星发送探测器,在大气层中磷化氢存在的位置实地检测到微生物,才可以说金星存在生命。

  9月13日晚上,一则关于“金星云层中发现生命迹象”的消息流传开来。

  9月14日,消息来源确认,《自然·天文学》杂志发表了一篇题为《金星云层中的磷化氢气体》的研究文章。文章表明科学家通过望远镜发现了金星云层中含有磷化氢。磷化氢在地球上是与生命有关的有毒气体,这种气体被认为是潜在的生物信号,可以作为其他行星和天体上存在生命的证据。

  地外生命这个神秘又经久不衰的命题,也是现代科学研究的前沿。“我们在宇宙中是唯一的吗?”在中国科学院国家天文台研究员李菂看来,探索地外文明是自然科学研究的传统之一,目的在于“帮助了解人类在宇宙中的位置”。此次发现使用的麦克斯韦望远镜(JCMT)位于美国夏威夷州,是目前世界最大的单体亚毫米波望远镜。2015年2月,东亚天文台正式接管JCMT的科学运行与管理。中国科学院大科学中心是东亚天文台的四个核心成员之一。“金星大气中磷化氢的发现是中国科学院参与管理运行的海外设备的重大科学成果。”李菂说。

  并非生命存在的确切证据

  一石激起千层浪,从科学家到普通民众都为之兴奋。但英国伦敦帝国理工学院天文物理学家戴维·克莱门茨(David Clements)的说法很谨慎:“这项发现还只是个间接证据,无法真的证明有生命存在,但是空气中明显飘散着堇青石(cordite),这可能暗示着某种东西。”

  磷化氢是什么?为什么它的发现会与生命联系在一起?据清华大学高等研究院天体物理学博士生王卓骁介绍,磷化氢是一种化学活性非常强的无机物小分子,在地球富含氧气的大气环境中,很快会被氧化。如果把磷化氢的生成类比为推石头上高山,则需要非常高效和专一的化学反应,才能把石头推到山顶,然而轻微的扰动就会让石头立刻掉落山下。所以生成磷化氢很难,而且消失太快难以察觉。

  “因此,一旦我们观察到磷化氢,就可以肯定那里一定存在高效且专一的相关化学反应,在持续产生磷化氢。然而具体是什么样的化学反应,我们还知之甚少,只知道这是生命活动的结果。”王卓骁表示,在没有生命活动参与的自然环境中,目前还没有可观的磷化氢记录。

  研究人员对所有可能的非生命过程做了一个简单的估算,发现估算结果并不足以解释观测结果。这说明磷化氢的来源至少有两种,一种是有其他未知的非生命过程,这些过程释放出了一定的磷化氢,另外一种是生命活动过程。

  “天体生物学家倾向于把磷化氢当作一种生命示踪信号,认为只有生命活动才会有这种高效的化学反应,持续产生大量的磷化氢。”王卓骁表示,“在地球之外,其他未知的非生命化学反应是否也能产生磷化氢,目前我们是不知道的。”所以研究人员表示磷化氢可能来源于金星上未知的光化学或地质化学过程,也可能源于与地球相似的生命活动。

  另外值得一提的是,金星的大气成分主要是惰性的二氧化碳和硫酸等酸性气体,与地球相比,磷化氢生成之后存在的时间会相对长一些。所以这次发现的意义,并非生命存在的确切证据,也可能是金星大气中活跃的未知化学反应的证据。

  环境极端只是针对人类而言

  金星被称作“地狱行星”,地表温度超过400摄氏度,连一些金属都可以融化,气压是地球表面大气压的40倍,所以王卓骁提到,其地表是几乎不可能存在生命的。但磷化氢被发现时的高度,是距离金星表面40到60千米的地方,可将其称作“温和区”,这里温度下降到了50摄氏度到0摄氏度,气压也下降到1个地球大气压左右,所以如果存在生命活动,温和区将是非常合适的选择。“如果存在微生物,它们可能会悬浮在温和区中,靠气体凝结和气化进行上下移动,获得不同的温度,进行不同的新陈代谢反应。虽然金星大气没有氧气,但至少对厌氧细菌来说不是问题。”王卓骁说。

  “金星大气的环境不是特别‘极端’。”李菂强调,极端的定义是针对人类而言的,其实地球生命也很多样,比如地衣可以活一万年,放在很低温度、很少氧气,甚至外太空环境都可以生存。他表示,“极端是相对的说法,需要有参照系。马里亚纳海沟的环境算得上极端,但那里也有没有眼睛、无需阳光的生物在生活。高温、低温、有氧、无氧等极端环境依然可以有生命,我们尚不具备对生命形式的完整认识。”

  因此,金星以及其他天体环境是否可能孕育生命,与其强调环境的极端,不如探究哪些存在形式可以被定义为生命活动。

  在李菂看来,这一发现真正的价值有待后续研究。一方面,如何对这项新发现的数据进行处理和解释值得进一步检验,无论金星大气、火星表面还是深空,有没有其他生命过程相关的成分都值得进一步探索;另一方面,人类还是要继续进行深空探测,因为最终还是要看到那个“生命体”。

  深空探测才能获得直接证据

  如何才算找到了生命信号?据王卓骁介绍,关于生命示踪信号,从化学活性的角度来看,氧分子是最好的信号。地球上有了遍布的植物才产生了大量的氧气,可以估算出如果没有植物的持续供给,地球上的氧气在百万年内将全部固化到岩石中。所以只要看到其他星球上有氧分子的信号,就可以肯定存在与地球类似的植物生命。

  另外水分子也是一个关键的示踪信号。都说“水是生命之源”,具体来说,生命体中几乎所有的化学反应,都是在溶液中进行的。例如我们体内的细胞环境即是一个液态环境,溶液中分子可以充分地接触进而发生反应。如果有地下温泉,这更是一个良好的信号了,例如“卡西尼号”探测器看到土卫二喷出的热泉。地球上的生命被我们概括为“碳基生命”,由碳原子组成的有机物分子,构成了生命的基本单元,所以有机物分子也是很好的示踪信号,同样由“卡西尼号”探测器,在土卫二喷出的热泉中识别到了大量的有机物分子。

  中山大学大气科学学院教授崔峻表示,因为地球上一般都是碳基生命,所以在地外生命探索中,科学严谨的方法是分析碳同位素的比,即碳12和碳13的比值。这是因为非生物成因的碳同位素比和生物成因的碳同位素比差别很大,可以通过这个比值来判断是否存在生命活动。

  “磷化氢比甲烷的化学活性强很多,即便能够确定金星上存在磷化氢,这也仅是生命存在的间接证据,也可能是非生命过程产生的,我们无法判断其是否是由非生命过程产生的。只有向金星发送探测器,在大气层中磷化氢存在的位置实地检测到微生物,才可以说金星存在生命。”王卓骁说,所以即便在火星看到液态水的痕迹,看到地下湖泊,看到甲烷存在的信号,都只能属于间接证据,只有“好奇号”或其他火星车采样到生命存在的直接证据,才能确认火星存在生命。

  对于金星,目前还没有明确的科学任务入轨或着陆,但磷化氢的发现无疑会推动金星探测任务的发展,未来我们应该会看到探测器在金星大气中作业,届时便能确定金星上是否存在生命。(记者 崔 爽)

【纠错】 责任编辑: 詹婧
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