在金星大气层中发现了不应该在那里的化学物质

今天，研究人员宣布，他们在金星大气中观察到一种无权出现在那里的化学物质。这种化学物质，磷化氢(一种磷原子，与三个氢原子相连)，在金星大气层中的条件下是不稳定的，而且没有明显的方式让金星的化学物质产生大量的磷化氢。

这导致了很多人猜测，在金星高层大气中以某种方式生存下来的生命同样不太可能。但是，关于这项工作的许多内容需要没有参与最初研究的人提供意见，今天的出版很可能会促使他们这样做。虽然有确凿的理由认为金星上存在磷化氢，但它的检测需要一些相当复杂的计算机分析。而且肯定会有一些有创意的化学家想要重新考虑我们最近邻居可能的化学作用。

在元素周期表中，磷比氮低一行。就像氮可以与三个氢原子结合形成熟悉的氨一样，磷可以与三个氢结合形成磷化氢。在类似地球的条件下，磷化氢是一种气体，但不是一种令人愉快的气体：它剧毒，在氧气存在的情况下有自燃的趋势。后一个特征就是为什么我们今天看不到太多的它；它在任何氧气存在下都是不稳定的。

我们确实做了一些我们自己用的。一些生活在无氧环境中的微生物也会产生它，尽管我们既没有确定产生它的生化过程，也没有确定涉及的酶。尽管如此，任何设法逃逸到大气中的磷化氢都会很快进入氧气并被摧毁。

这并不是说它在其他星球上不存在。像木星这样的气体巨星拥有它。但它们的大气中也有丰富的氢气，没有氧气，这使得磷化氢、甲烷和氨等化学物质能够在大气中存活。靠近气体巨星核心的高热和高压为磷化氢的自发形成提供了条件。

因此，我们在气体巨星和岩石行星之间有了明显的区别，前者在富含氢的大气中可以形成磷化氢，后者的氧化环境应该会确保它被摧毁。出于这个原因，人们提出磷化氢可能是我们可以在岩石行星的大气层中检测到的生物特征：我们知道它是由地球上的生命产生的，除非它不断被取代，否则不太可能出现在这些行星上。这就是一些研究人员最终将望远镜对准金星大气层的原因。

具体地说，研究人员求助于位于夏威夷的15米长的詹姆斯·克莱克·麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope)。JCMT能够在一毫米左右的波长成像，这对金星大气来说是一个有趣的现象。金星炎热的低层大气在光谱的这一区域产生了丰富的辐射。磷化氢在该区域以特定波长吸收。因此，如果磷化氢存在于高层大气中，那么它的存在应该会在金星低层大气产生的辐射洪流中的特定位置产生一个缺口。

原则上，这是一个极其简单的观察。然而，在现实中，这是一场噩梦，只是因为水平太低了。在地球上，我们所知道的磷化氢的制造地，大气中的稳态水平是在万亿分之一的区域，因为它被破坏得太快了。金星也在相对于地球运动，这意味着任何信号的位置都需要调整，以考虑到多普勒频移。最后，任何信号都会因为研究人员所说的涟漪或部分光谱在金星和望远镜之间的某处发生反射而变得复杂。

这些都需要对望远镜数据进行广泛的计算机处理。但似乎让科学家们感到惊讶的是，这项分析似乎显示了磷化氢的存在。(在他们的论文中，研究人员写道，目标是作为未来发展的基准，但出乎意料的是，我们的初步观察表明，金星PH3的含量是可以检测到的。)所以他们让其他人独立地重复分析。信号还在那里。研究人员还证实，他们的方法能够探测到含有氘的水，氘是氢的一种同位素，我们知道它存在于金星的大气中。他们还排除了他们误认了附近的一条二氧化硫吸收线的可能性。

由于排除了明显的问题，他们在第二架望远镜上掌握了时间。第二个望远镜是阿塔卡马大毫米阵列，简称ALMA。它具有更好的分辨率，使研究人员可以将金星视为不仅仅是一个点光源。这证实了磷化氢信号仍然存在，在中纬度地区最强烈，而在极地和赤道似乎没有。这意味着它存在于自上而下有更多大气环流的地方。

研究人员最终得出结论，磷化氢的存在水平约为百万分之二十。

假设这种分析站得住脚，那么最大的问题就是磷化氢是如何到达那里的。研究人员估计了它被金星大气条件摧毁的速度，并利用这一估计来计算需要生产多少磷化氢才能维持20ppb的水平。然后他们开始寻找某种可以产生这么多的化学反应。

而且，好的，没有太多好的选择。在大气中占主导地位的条件下，磷和氢通常都会被氧化，而周围两者都不是很多。虽然太阳辐射可能会释放那里的一些氢，但释放的速度非常慢，热力学将表明它更有可能与磷以外的其他物质发生反应。同样，基于金星可能的火山作用的反应路径将不能产生足够的磷化氢，大约是原来的一百万倍。

所有这些都让研究人员得出了一个有点令人沮丧的结论：如果没有已知的化学过程可以解释金星上层大气中的PH3，那么它一定是由一个以前被认为不符合金星条件的过程产生的。然而，显然，需要考虑的一个不可信的地方是，人们首先寻找磷化氢的全部原因，即它可以由生物产生。

但是，金星上的生活不乏不可思议之处。我们所认识到的任何生命都不可能在一个沐浴在超临界二氧化碳中的酷热的行星表面上存活下来。磷化氢信号的发源地高层大气的温度要适中得多。但这需要某种形式的生命，这些生命在高层大气中永久循环，并以某种方式在与地球硫酸云的接触中幸存下来。

所以我们被留在了一个尴尬的地方。领导这项研究的一位研究人员说，花了大约18个月的时间才让我们自己相信有一个信号。你可以预计，这个领域的其他人现在也会花一些时间试图说服自己，可能是通过将一大堆额外的望远镜对准金星。与此同时，化学家们将试图想出在类似金星的条件下可能起作用的其他反应途径。

我们很有可能很快就会报告这些努力的结果，这表明在离太阳第二颗行星上没有发生任何不寻常的事情。但是，如果这种情况最终不会发生，这将大大推动一直认为我们需要做更多工作探索金星的稳定的声音。一些计划已经浮出水面，涉及飞艇，它们可能会在金星高层大气中长时间移动。如果这些结果成立，飞艇似乎是弄清楚是什么产生这种化学物质的完美手段。