本文來自微信公眾號(hào)：返樸（ID：fanpu2019），作者：劉辛味，題圖來自：《星際穿越》

9月14日，皇家天文學(xué)會(huì)（RAS）召開線上新聞發(fā)布會(huì)表示，科學(xué)家在金星強(qiáng)酸性的大氣層中發(fā)現(xiàn)一種名為磷化氫（PH3）的氣體，且濃度異常之高。這種劇毒、易燃且極臭的氣體在地球上通常由微生物產(chǎn)生，在天體生物學(xué)中被當(dāng)成生命體標(biāo)記。研究人員認(rèn)為地球的鄰居——金星可能有生命存在的跡象，也可能發(fā)生了一系列我們未知的光化學(xué)或地球化學(xué)過程。研究成果發(fā)表在《自然—天文學(xué)》。

日本破曉號(hào)探測(cè)器拍攝的金星硫酸云層（偽色）丨圖源：AKATSUKI PROJECT TEAM/ISAS/JAXA

這一發(fā)現(xiàn)令科學(xué)家興奮，因?yàn)榱谆瘹溥@一物質(zhì)在地球上參與生命過程，是新產(chǎn)代謝的副產(chǎn)品。磷化氫是由厭氧生物來源產(chǎn)生的氣體，散發(fā)出難聞的味道，達(dá)到一定濃度會(huì)至人中毒損傷。但它也被認(rèn)為可能對(duì)全球的磷循環(huán)有重要貢獻(xiàn)。另外，磷化氫也有一些工業(yè)和農(nóng)業(yè)用途，如熏蒸劑。

事實(shí)上，此前科學(xué)家曾在氣態(tài)行星木星和土星中發(fā)現(xiàn)過磷化氫，他們發(fā)現(xiàn)氣態(tài)巨行星上的極端環(huán)境可能提供能量上的幫助，克服磷原子和氫原子之間的排斥，使其自然形成磷化氫。而在地球上磷化氫只是厭氧生物的產(chǎn)物，很難通過普通的地質(zhì)或大氣作用生成，并且這種分子極不穩(wěn)定，要持續(xù)產(chǎn)生才能維持存在，這便是磷化氫被當(dāng)成生命燈塔的原因。

磷化氫分子丨圖源：wiki

金星是平日夜空中最容易見到的天體之一，自古以來就在人類文化中占有舉足輕重的地位。比如金星在古羅馬神話代表愛與美之神維納斯，至今生物學(xué)上表示女性的符號(hào)用的就是金星的占星符號(hào)。金星是太陽系中的四個(gè)類地行星之一，其質(zhì)量、體積與地球相似，直徑僅比地球小638.4公里。

但與地球舒適的環(huán)境相比，金星堪稱“地獄”，地表?xiàng)l件對(duì)生命很不友好，表面的壓力是地球的92倍，溫度高達(dá)900℃（表面平均溫度至少為462℃），足以熔化鉛塊。即使水星才是距離太陽最近的行星，但地表溫度最高的是金星。

論文作者、英國(guó)卡迪夫大學(xué)教授Jane Greaves和她的團(tuán)隊(duì)在2017年用位于夏威夷的麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡（JMCT）觀測(cè)了金星。作為射電天文學(xué)家的Jane Greaves通常把目光放在遙遠(yuǎn)的星系，主要研究年輕恒星系統(tǒng)的行星，但太陽系后院里的行星也是她關(guān)注的對(duì)象，觀察冥王星、土星和其衛(wèi)星等，希望能找到生命存在的證據(jù)。

他們本來沒指望能在這里找到磷化氫分子，只是為尋找系外行星大氣物質(zhì)設(shè)定可檢測(cè)性基準(zhǔn)。因?yàn)榱赘菀着c氧結(jié)合，金星大氣層主要由二氧化碳組成，偏強(qiáng)酸性。這種環(huán)境被認(rèn)為并不適合于磷化氫的產(chǎn)生。但令他們意想不到的是，竟然發(fā)現(xiàn)了磷的光吸收譜線，團(tuán)隊(duì)甚至一度認(rèn)為是錯(cuò)誤信號(hào)，但分析發(fā)現(xiàn)只有磷化氫是最有可能的解釋。

麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡丨圖源：WILL MONTGOMERIE/JCMT/EAO

2019年，他們又用位于智力的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）進(jìn)行了觀察，該望遠(yuǎn)鏡性能更好，最終他們探測(cè)到屬于磷化氫的光譜特征，并估算出金星云層中距地面53公里處的磷化氫豐度為20ppb（十億分之二十），是地球大氣中濃度的數(shù)千倍。

雖然十億分之二十聽起來微不足道，但科學(xué)家認(rèn)為實(shí)際上不應(yīng)該有那么多。在金星高層大氣中發(fā)現(xiàn)的酸性條件下，一個(gè)分子的平均壽命只有16分鐘左右。為了抵消這種持續(xù)性的破壞，必須有大量穩(wěn)定的氣體來源。

許多科學(xué)家表示了這項(xiàng)研究令人驚訝，華盛頓大學(xué)的天體生物學(xué)家Michael Wong表示，“這確實(shí)是一個(gè)令人困惑的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榱谆瘹洳⒉环衔覀儗?duì)金星大氣存在化學(xué)物質(zhì)的理解。” 威斯敏斯特大學(xué)的天體生物學(xué)家Lewis Dartnell認(rèn)為，“這些氣體含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前已知方法生產(chǎn)所能解釋的水平”。

在地球上，許多能低氧環(huán)境中茁壯生長(zhǎng)的微生物會(huì)產(chǎn)生磷化氫。而在距離金星表面53到61公里的高空，這里的溫度與地球相似，是適宜的30攝氏度，有提供生命的基礎(chǔ)環(huán)境。53年前，美國(guó)天文學(xué)家、科普作家卡爾·薩根就曾假設(shè)這里存在生命，“盡管金星的表面條件使在那里生活的假設(shè)是難以置信的，但金星的云層完全不同”。

Greaves團(tuán)隊(duì)試圖找出這些磷化氫的來源。研究團(tuán)隊(duì)考察了各種可能產(chǎn)生磷化氫的方式，包括來自金星地表、微隕星、閃電或云層內(nèi)部的化學(xué)過程。含磷礦物是磷化氫的一種可能的原料，但它不太可能從行星表明飄至高空。閃電和陽光驅(qū)動(dòng)的化學(xué)反應(yīng)也不能產(chǎn)生足夠的氣體。地球上火山噴出的磷化氫非常少，如果同樣的過程發(fā)生在金星，那么金星上的火山活躍程度要達(dá)到地球的200倍以上。

最終，他們無法確定這些微量磷化氫的來源，因此在論文中謹(jǐn)慎地提出，磷化氫分子可能由金星上的生命體產(chǎn)生，但探測(cè)到磷化氫無法作為存在微生物生命的有力證據(jù)，只能表明金星上可能發(fā)生著未知的地質(zhì)或化學(xué)過程。

該研究的合著者、麻省理工學(xué)院的行星科學(xué)家Sukrit Ranjan認(rèn)為，磷化氫的存在并一定是生命存在的肯定跡象。磷化氫的化學(xué)性質(zhì)并不為人所知，而且這種氣體可能更容易在金星大氣中較低的溫和層中存在，這樣就可以避免太陽光的照射，而太陽光會(huì)破壞磷化氫的光化學(xué)反應(yīng)。

還有科學(xué)家對(duì)磷化氫的光譜信號(hào)的真實(shí)性產(chǎn)生質(zhì)疑，因?yàn)樾盘?hào)微弱，可能是同頻率的人工信號(hào)。ALMA天文臺(tái)John Carpenter指出，遠(yuǎn)程分子識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)涉及檢測(cè)同一分子的多個(gè)指紋，這些指紋在電磁波譜上以不同的頻率顯示，但該團(tuán)隊(duì)尚未對(duì)磷化氫進(jìn)行研究，“他們步驟正確，但我不確定是真實(shí)的”。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為兩個(gè)獨(dú)立望遠(yuǎn)鏡的結(jié)果出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)問題的可能性很小，他們也希望能在其他波段識(shí)別磷化氫，本計(jì)劃用平流層紅外天文臺(tái)（SOFIA）和NASA紅外望遠(yuǎn)鏡（IRTF）觀測(cè)驗(yàn)證，但因?yàn)樾鹿谝咔闀簳r(shí)擱置。

長(zhǎng)期以來，科學(xué)家希望從火星上尋找生命，今年扎堆發(fā)射的火星探測(cè)器就有最終判定火星是否有生命的目標(biāo)。近年來對(duì)金星的探測(cè)確實(shí)已經(jīng)很少，現(xiàn)在只有日本破曉號(hào)（Akatsuki）探測(cè)器在軌道運(yùn)行。而早期對(duì)金星的探測(cè)表明，大氣中某部分對(duì)紫外線吸收比預(yù)期多，有科學(xué)家提出這可能是空氣微生物所致，但更有可能是含硫化合物存在——微生物產(chǎn)生了硫。

觀察推測(cè)金星還曾有液態(tài)水，因此有一些科學(xué)家認(rèn)真描述了“金星人”生存可能。如今，這些研究或許應(yīng)該被嚴(yán)肅地考慮。作為地球鄰居的金星，我們?nèi)粤私夂苌?，至少這里還有很多未知的大氣化學(xué)現(xiàn)象。

參考來源：

Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W. et al. Phosphine gas in the cloud decks of Venus. Nat Astron (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-020-1174-4

https://www.sciencemag.org/news/2020/09/curious-and-unexplained-gas-spotted-venus-s-atmosphere-also-spewed-microbes-earth

https://www.scientificamerican.com/article/venus-might-host-life-new-discovery-suggests/

https://www.nationalgeographic.com/science/2020/09/possible-sign-of-life-found-on-venus-phosphine-gas/

https://en.wikipedia.org/wiki/Venus#Early_studies

本文來自微信公眾號(hào)：返樸（ID：fanpu2019），作者：劉辛味