近日，研究人員在《自然 - 天文學(xué)》雜志上發(fā)表論文稱，他們在金星的大氣層中發(fā)現(xiàn)了磷化氫(PH3)，這種氣體被認(rèn)為是一種潛在的 “生命跡象”。許多人都對這一消息感到震驚。這一發(fā)現(xiàn)無疑將重新喚起科學(xué)界對金星的興趣。那么，對于這個距離我們最近的行星鄰居，未來會發(fā)生什么呢?科學(xué)家又將如何確定金星的云層中是否存在生命?
磷化氫是一種易燃?xì)怏w，通常與沼澤臭氣和企鵝等動物的糞便聯(lián)系在一起。通常而言，在搜尋地外生命時，磷化氫并不是天體生物學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，這篇新論文的發(fā)表使情況發(fā)生了變化。
磷化氫由 1 個磷原子外加 3 個氫原子組成，在地球上，該氣體主要是由能在缺氧環(huán)境中生長的微生物產(chǎn)生?？紤]到金星的環(huán)境條件對生命而言過于惡劣，能在這個星球上發(fā)現(xiàn)大約 20ppb 的磷化氫簡直可以說是巨大的驚喜。理論上，由于大量的紫外線照射以及金星云層中豐富的硫酸，磷化氫氣體應(yīng)該早已被完全消除。金星上似乎有什么東西在不斷產(chǎn)生磷化氫，會是什么呢?
英國卡迪夫大學(xué)的天文學(xué)家簡 · 格里夫斯是這項(xiàng)新研究的作者之一。他指出，分析結(jié)果有一定的限制，這項(xiàng)新研究也不能作為金星上存在生命的證據(jù)。但研究人員也表示，磷化氫的確有可能是由某些未知的化學(xué)過程或生命本身產(chǎn)生的。
金星并不是天體生物學(xué)家的主要目標(biāo)，因?yàn)槠浔砻鏈囟仍?450 攝氏度左右，大氣所施加的壓力是我們在地球上感受到的壓力的 90 倍。如果金星上真的有生命存在，那將迫使我們認(rèn)真地重新思考行星的宜居性，無論是太陽系以內(nèi)的行星，還是系外行星。
盡管金星是離地球最近的行星，但天文學(xué)家對它卻知之甚少，這其中的部分原因也完全可以理解。歷史上，在制定成本高昂的科學(xué)任務(wù)時，金星一直不被認(rèn)為是一個很有吸引力的目標(biāo)，而其他行星，比如火星，卻獲得了很高的關(guān)注。
“在過去 20 年里，我們?nèi)〉昧艘恍┬掳l(fā)現(xiàn)，而這些新發(fā)現(xiàn)都意味著在其他星球發(fā)現(xiàn)生命的可能性大大增加，”美國國家航空航天局發(fā)言人在一份聲明中解釋道，“隨著行星體的數(shù)量越來越多，事實(shí)證明，金星是一個令人興奮的發(fā)現(xiàn)之地，盡管由于其極端溫度、大氣成分和其他因素，它一直不是尋找地外生命的重要組成部分。”
因此，目前科學(xué)家對金星的表面地形、地質(zhì)學(xué)(包括其地質(zhì)歷史)、構(gòu)造和潛在的火山活動都不完全了解。然而，在金星上發(fā)現(xiàn)磷化氫之后，NASA 局長吉姆 · 布里登斯廷在社交媒體上表示，這是 “在地球以外尋找生命存在證據(jù)方面最重要的進(jìn)展”，并認(rèn)為 “是時候優(yōu)先考慮金星了”。
在我們向金星發(fā)射新的探測器進(jìn)行調(diào)查之前，地球上還有很多工作要做。首先，科學(xué)家需要確認(rèn)這些磷化氫波長信號是否真實(shí)可靠。格里夫斯及其同事利用位于夏威夷的詹姆斯 · 克拉克 · 麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡，以及智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列收集到了這些信號。
“首先，應(yīng)該在其他波長搜索磷化氫信號來確認(rèn)檢測結(jié)果，同時也要繪制磷化氫在金星的全球分布圖，”美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的科學(xué)家桑杰 · 利馬耶解釋道，“這并不容易，因?yàn)榱谆瘹湓谧贤夂图t外波段的含量相對較少，其光譜特征可能會被更豐富的化學(xué)物質(zhì)的特征所掩蓋，比如二氧化碳、水蒸氣、硫酸等等。”
利馬耶表示，金星作為一顆內(nèi)行星，在天空中與太陽的距離永遠(yuǎn)不會太遠(yuǎn)，這使得在某些波長下的觀測變得困難。幸運(yùn)的是，無線電觀測沒有這個問題。他指出，除了尋找特定的生物氣體，科學(xué)家還應(yīng)該在金星的大氣中尋找可識別的反差特征，并嘗試追蹤這些特征的演變和化學(xué)性質(zhì)。
兩年前，利馬耶領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)研究，提出以暗斑形式出現(xiàn)的反差特征可能是金星上生命存在的跡象，并認(rèn)為金星的大氣層可能有能力容納微生物。在當(dāng)時，這似乎是一個古怪的想法，但在今天看來，情況似乎有了轉(zhuǎn)機(jī)。
最終，科學(xué)家希望未來能向金星發(fā)射探測器。好消息是，正如 NASA 在聲明中所解釋的那樣，在該機(jī)構(gòu)的 “發(fā)現(xiàn)計(jì)劃”(Discovery Program)接下來的 4 個候選任務(wù)中，有兩個——VERITAS 和 DAVINCI+——都與金星有關(guān)。NASA 的合作伙伴歐洲空間局(ESA)的 “預(yù)想”(EnVision)任務(wù)也是如此。由于金星離地球很近，因此或許可以用更加溫和的方式進(jìn)行探索。
“DAVINCI+”是 “Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases，Chemistry，and Imaging Plus”(金星深層大氣惰性氣體、化學(xué)和成像探測 +)的縮寫，其中的 “+”指該任務(wù)的成像組件。這是一個帶有降落傘、可以緩慢降落到金星表面的探測器。利用所攜帶的各種儀器，DAVINCI + 能探測多種氣體，并繪制金星的表面地圖。、
“VERITAS”任務(wù)名稱來源于 “金星輻射率”(Venus Emissivity)、“射電科學(xué)”(Radio Science)、“干涉雷達(dá)”(InSAR)、“地形學(xué)”(Topography)和 “光譜學(xué)”(Spectroscopy)的首字母縮寫，其中包括一顆繞金星運(yùn)行的衛(wèi)星。除了繪制金星的三維地形圖，該探測器還將測量金星的溫度，并研究其重力場，進(jìn)行一些遠(yuǎn)程的地質(zhì)研究，同時部署一個裝有質(zhì)譜儀的探測器來探測化學(xué)特征。
歐空局的 EnVision 任務(wù)是一顆主要研究金星地質(zhì)學(xué)的衛(wèi)星，但鑒于其令人印象深刻的傳感器陣列，該探測器還可以用于許多其他任務(wù)。
也有私營公司在考慮探索金星，比如由航天公司 “火箭實(shí)驗(yàn)室”(Rocket Lab)創(chuàng)始人、新西蘭工程師彼得 · 貝克提出的前往金星的任務(wù)。根據(jù)貝克的計(jì)劃，一個裝有多種儀器的探測器將被發(fā)射到金星的大氣層中。在近日舉行的新聞發(fā)布會上，格里夫斯表示她的團(tuán)隊(duì)愿意與私營公司合作。
需要注意的是，這些任務(wù)都還沒有被批準(zhǔn)，只是磷化氫的發(fā)現(xiàn)使金星在一夜之間吸引了無數(shù)人的目光。一旦這些探測器部署到位，科學(xué)家們應(yīng)該可以對金星表面上方約 47 到 70 公里的云層進(jìn)行采樣。利馬耶稱這些調(diào)查是 “必要的”。他解釋道，通過在云層中進(jìn)行測量，科學(xué)家 “應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)任何重要生物氣體的存在，不僅僅是磷化氫，還有甲烷等氣體。”他認(rèn)為，另一項(xiàng)有用的任務(wù)是確定 “微生物賴以生存的云層液滴具有哪些物理、化學(xué)和生物特性”，當(dāng)然，該任務(wù)的前提是微生物確實(shí)存在于金星云層。
利馬耶補(bǔ)充道，半浮式平臺，比如諾斯羅普 · 格魯曼公司的 “金星大氣機(jī)動平臺”(VAMP)，將是完成這項(xiàng)任務(wù)的理想場所，因?yàn)槠脚_上可以配備顯微鏡、分光計(jì)和其他儀器。另一個選項(xiàng)是氣球，類似于 20 世紀(jì) 80 年代中期蘇聯(lián)的 “維加計(jì)劃”(Vega program)任務(wù)。“我們希望能再次看到這樣的東西，”麻省理工學(xué)院的天體生物學(xué)家、這項(xiàng)新研究的合著者薩拉 · 西格爾在新聞發(fā)布會上說，“也許就是那些 Vega 氣球的超級版本，可以持續(xù)運(yùn)行一個星期至幾個月，甚至幾年，而不只是幾天。”
西格爾將氣球描述為研究金星大氣層的 “絕佳方式”，其原因與利馬耶強(qiáng)調(diào)的一樣。不過，氣球的可操控性遠(yuǎn)不如 VAMP 或類似的飛行器，比如一些科學(xué)家擬議的魟形滑翔機(jī)，稱為 “BREEZE”。
利馬耶和西格爾都表示，機(jī)載分光計(jì)對探索金星大氣層的任務(wù)至關(guān)重要。“利用分光計(jì)在不同波長(從紫外線到毫米波段)下工作，應(yīng)該可以繪制磷化氫、二氧化硫和其他氣體的分布圖，看看它們是否與金星圖像上的云量反差特征相關(guān)，”利馬耶解釋道。
正如利馬耶及其同事在 2018 年的論文中指出的那樣，這些探測可以讓科學(xué)家了解金星大氣層中可能的生命形式與反差特征之間的聯(lián)系。他指出，大氣探測器的其他重要設(shè)備將包括用于收集環(huán)境數(shù)據(jù)的氣象傳感器、用于研究行星大氣成分的化學(xué)傳感器、用于進(jìn)行物理和生物表征的熒光成像顯微鏡，以及可以探測生物特征的其他傳感器。對于金星的軌道衛(wèi)星，利馬耶推薦使用多光譜成像照相機(jī)和分光計(jì)。
除了這些項(xiàng)目，天文學(xué)家還需要弄清楚在金星的大氣層中可能存在著哪些奇怪的非生物或生物化學(xué)過程。在土星和木星上，磷化氫是通過非生物過程自然產(chǎn)生的，但在金星上沒有類似的情況。也許就像這項(xiàng)新研究表明的那樣，科學(xué)家有一些尚未考慮到的問題。能夠?qū)υ咏M合進(jìn)行混合和匹配的計(jì)算機(jī)算法可能會有所幫助。
與此同時，生物學(xué)家還應(yīng)該弄清楚極端微生物將如何能夠承受金星大氣中的惡劣條件。正如格里夫斯在新聞發(fā)布會上解釋的那樣，“真正的挑戰(zhàn)是觀察是否有任何形式的生命能夠通過演化，適應(yīng)這種難以置信的酸性環(huán)境”，因?yàn)樵诘厍蛏线€沒有類似的環(huán)境。簡單來說，這種假想的生命形式實(shí)際上可能在演化或生物學(xué)上是不可能的。
的確，現(xiàn)在是科學(xué)家們展開多學(xué)科合作的時候了，因?yàn)檫@項(xiàng)工作需要天文學(xué)家、工程師、天體生物學(xué)家、微生物學(xué)家、化學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、計(jì)算機(jī)科學(xué)家和行星科學(xué)家，以及其他專家的共同努力。另一方面，我們也需要考慮一些別的問題，比如研究這些微生物的倫理和安全考慮是什么?如果在我們匆忙尋找生命的過程中，會不小心用地球上的細(xì)菌污染了金星，該怎么辦?當(dāng)然，所有的數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過仔細(xì)的審查、確認(rèn)和驗(yàn)證，科學(xué)家才能得出明確的結(jié)論。
沒有人能說我們會很快找到地外生命，這一過程也并不容易，但鑒于就在距離我們最近的星球上可能就存在著一些微小的外星生物，或許是時候開始認(rèn)真對待這一問題了。
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