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外星生命正潜伏在金星上?一文看透《自然》杂志公布的最新发现

1金星上发现地外生命迹象的传言源自《自然‧天文学》杂志于9月14日发表了一项题为 《金星云层中的磷化氢气体》的研究文章。2国际天文学家团队利用射电望远镜发现了含有磷化氢的云层,而磷化氢在地球上是与生命有关联

  • 1金星上发现地外生命迹象的传言源自《自然‧天文学》杂志于9月14日发表了一项题为 《金星云层中的磷化氢气体》的研究文章。

  • 2国际天文学家团队利用射电望远镜发现了含有磷化氢的云层,而磷化氢在地球上是与生命有关联的气体。

  • 3目前在很多动物粪便中记录到了磷化氢的存在,一些细菌菌落在厌氧含磷的环境中,也可以独立生成磷化氢。在自然界非生命活动参与的环境中,目前还没有可观的磷化氢记录。

  • 4天体生物学家们便倾向于把磷化氢当做一种生命示踪信号,认为只有生命中才会有这种高效的化学反应,持续产生大量的磷化氢。

  • 5其实,根据目前的情况推测,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,这些未知的过程释放出了一定的磷化氢,另外一种是生命活动的过程。

  • 6因此,说发现金星生命迹象这个结论尚早,最终还是要靠发射探测器到金星,锁定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。

◎ 科技日报记者 崔爽

近日,一则关于“金星云层中发现生命迹象”的消息流传开来。

微博截图

这则消息源自《自然‧天文学》杂志于9月14日发表了一项题为 《金星云层中的磷化氢气体》的研究文章。文章详细介绍了一个国际天文学家团队利用望远镜发现了含有磷化氢的云层,而磷化氢在地球上是与生命有关联的有毒气体。这种气体被认为是生命的潜在生物信号,可以作为其他行星和天体生命的证据。

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。“我们在宇宙中是孤单的吗?唯一的吗?”在中科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望远镜的科学运行与管理。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科院参与管理运行的海外设备产生的重大科学成果。”李菂说。

“并非确切的生命的证据”

一石激起千层浪,从科学家到普通民众都为之兴奋。但研究的共同作者,伦敦帝国理工学院天体物理学家戴维·克莱门茨(David Clements)的说法很谨慎:"这项发现还只是间接证据,还无法证明真的有生命存在,但是空气中明显飘散着某种物质,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活动联系在一起?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,在地球上富含氧气的大气环境中,很快会被氧化。可以把生成磷化氢类比成推石头上高山,需要非常高效和专一的化学反应,才能把石头推到山顶,然而轻微的扰动之后,石头就马上又掉下山去。所以生成磷化氢很难,而且消失太快难以察觉。

“那么我们一旦观察到磷化氢,可以肯定那里一定存在高效和专一的相关化学反应,持续产生磷化氢。目前在很多动物(例如鸟类、昆虫和哺乳动物)粪便中记录到了磷化氢的存在,此外有些科学家在实验室中发现一些细菌菌落在厌氧含磷的环境中,也可以独立生成磷化氢。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,在自然界非生命活动参与的环境中,目前还没有可观的磷化氢记录。

麦克斯韦望远镜。图片来源:WILL MONTGOMERIE/JCMT/EAO

中山大学大气科学学院教授崔峻表示,磷化氢本身是一种无色有毒易燃的常见气体,无法在自然界中自然产生,一般都是由工业制造产生的。但是几年前,在一些海底温泉口的极端环境下发现了一些微生物,他们可以吸收环境中的磷元素,然后通过新陈代谢产生磷化氢并释放出体外,这也是另外一种可能的磷化氢的来源。也正是因为这一点,文章中把磷化氢的探测和生命起源联系在一起。不过文章中也谈到磷化氢的多种产生机制,例如光化学反应,闪电,或者外部的微陨石流注入(就是通常说的流星雨)等等。文章里对所有可能的非生命过程做了一个简单的估算,然后发现估算结果是不足以解释观测结果的。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,这些未知的过程释放出了一定的磷化氢,另外一种是生命活动的过程。

由ALMA取得的金星光谱。图片来源:Greaves et al.

“天体生物学家们便倾向于把磷化氢当做一种生命示踪信号,认为只有生命中才会有这种高效的化学反应,持续产生大量的磷化氢。”王卓骁特别强调了“仅仅是倾向于”,“在地球之外,其它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。”所以关于这次发现,严谨的论断正如论文中写道: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。另外值得一提是金星大气成分,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,并非确切的生命的证据,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”,地表温度超过四百摄氏度,连一些金属都可以融化,气压超过40倍地球表面的大气压,所以王卓骁提到,其地表是几乎不可能存在生命的,但磷化氢被发现存在的高度,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,这一层温和区将是非常合适的选择,“如果存在微生物,它们将是悬浮在温和区中,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,但至少对厌氧细菌不在话下。其它生命活动所需的条件我们也不得而知了,期待探测器实地造访。”王卓骁说。

资料图:欧洲南方天文台14日发布的一张金星的艺术效果图,小图中展示了磷化氢分子。

“金星大气的环境不是特别‘极端’。”李菂强调,况且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都可以生存。在他看来,“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。极端环境依然可以有生命,高温、低温、有氧、无氧,我们尚不具备对生命形式的完整认识。”因此,金星以及其它星体的环境是否可能孕育生命,与其强调其环境的“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,目前这个发现是一个“很有趣的工作”,但它的真正价值有待后续研究。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,无论金星大气还是火星表面或是深空,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,直接点说,人类还是要进行深空探测,因为最终还是要看到“那个生命体”。

深空探测才能采样“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了,地球上有了遍布的植物才产生了大量的氧气,可以估算地球上的氧气如果没有持续供给,百万年内将全部固化到岩石中。所以只要看到其它星球上有氧分子的信号,可以肯定与地球类似植物存在了。

另外水分子也是一个关键的示踪信号,都说地球上“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的接触进而发生反应。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。

崔峻表示,因为地球上一般都是碳基生命,所以地外生命探索中科学严谨的方法是分析碳同位素的比(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,所以可以通过这个比值来判断是否存在生命活动。

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日本破晓号探测器拍摄的金星硫酸云层(伪色)。图片来源:AKATSUKI PROJECT TEAM/ISAS/JAXA

“磷化氢比甲烷的化学活性强很多,即便今天说金星上确切存在磷化氢,这也仅仅可能是生命存在的间接证据,也可能是非生命过程产生的,我们无法肯定。只有把探测器发往金星,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,所以今天即便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,统统是间接的,只有像好奇号或其它火星车,采样到生命存在的直接证据,才能确认火星存在生命。对于火星,在可见的未来,将有越来越多的实地探访,甚至在二十年内载人登陆火星。而对于金星,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,数十年内我们应该会看到探测器在金星大气中作业,但是在确切回答金星是否存在生命之前,大量的火星车可能已经探明火星是否有或者有过生命了。

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