金星上的磷化氢：可能的生命迹象引发激烈辩论

一些致命的东西可能正飘过笼罩着金星的云层-一种名为磷化氢的气味难闻的易燃气体，它会毁灭依赖氧气生存的生命形式。然而，具有讽刺意味的是，今天宣布在金星大气中目击到这种有毒气体的科学家们表示，这可能是诱人的(如果有争议的话)隔壁星球上存在生命的证据。

据我们所知，在金星和地球等岩石行星上，磷化氢只能由生命-无论是人类还是微生物-制造。磷化氢在第一次世界大战期间被用作化学武器，至今仍被用作农业熏蒸剂，用于半导体工业，是冰毒实验室令人讨厌的副产品。但是磷化氢也是由某些种类的厌氧菌自然产生的，厌氧菌是生活在垃圾填埋场、沼泽地，甚至动物肠道的缺氧环境中的有机体。

今年早些时候，研究人员猜测，在其他类地行星上发现这种化学物质可能表明存在外星人的新陈代谢，他们建议将未来最清晰的望远镜对准遥远的系外行星，探测它们的大气层，寻找这种气体的迹象。

天文学家在“自然·天文学”杂志上报道，现在，我们可能在隔壁的行星上发现了磷化氢的迹象。

“当然，我马上就吓坏了。研究合著者克拉拉·索萨-席尔瓦(Clara Sousa-Silva)说，她是麻省理工学院(MIT)的博士后研究员，最初发现磷化氢是一种潜在的生物特征。

简而言之，磷化氢不应该出现在金星大气中。它非常难制造，而且云中的化学物质应该在分子积累到观察到的量之前摧毁它。但是，现在就断定地球以外存在生命还为时过早。科学家警告说，探测本身需要验证，因为研究中描述的磷化氢指纹可能是望远镜或数据处理引入的错误信号。

行星科学研究所的大卫·格林斯普龙说：“这非常令人兴奋，我们有一种强制性的反应，那就是首先质疑结果是不是真的。”“当有人提出以前没有人做过的非同寻常的观察时，你会怀疑他们是不是做错了什么。”

但是，如果磷化氢真的漂浮在金星的云层上，它的出现暗示了两种有趣的可能性之一：外星生命形式巧妙地将磷原子和氢原子连接在一起，或者一些完全意想不到的化学物质在没有生命的情况下精心制造了磷化氢。

金星是太阳之外的第二个世界，长期以来一直被认为是地球的孪生兄弟。它和我们的母星大小差不多，重力和成分也差不多。几个世纪以来，满怀希望的人类认为它的表面可能覆盖着海洋、茂盛的植被和郁郁葱葱的生态系统，为太阳系中的生命提供了第二个绿洲。

对隔壁行星的早期科学观察显示，它是一个可能以多种方式杀死地球人的世界的威胁。它的表面可以达到酷热的900华氏度。这些被烘烤的岩石被压碎骨头的压力压得喘不过气来，这些岩石隐藏在长达65英里的云层和雾霾之下，是地球表面感受到的90多倍。此外，地球的大气层主要是由硫酸云组成的令人窒息的二氧化碳。

尽管如此，科学家们已经考虑到生命可能在金星云层中存在了近60年，也许在条件稍微友好的地方繁衍生息。

卡尔·萨根(Carl Sagan)和哈罗德·莫罗维茨(Harold Morowitz)1967年在“自然”(Nature)杂志上写道：“虽然金星的表面条件使那里存在生命的假设变得不可信，但金星上的云是完全不同的故事。”

尽管有酸性，但云层携带着我们所知的生命的基本成分：阳光、水和有机分子。在云层中间附近，温度和压力与地球相当。卫斯理大学(Wesleyan University)行星科学家玛莎·吉尔摩(Martha Gilmore)是一项拟议中的金星任务的负责人，她指的是地球空气中微生物可以新陈代谢的分子。她说：“这是一个衬衫袖子的天气，有所有美味的东西可以吃。”

对这颗行星的早期观察显示，它的部分大气吸收的紫外光比预期的要多，科学家们假设这种异常可能是空气中的微生物造成的。虽然这种现象更有可能是由于含硫化合物的存在，但自那以后，一些科学家详细阐述了空中金星人的可能性，列出了微生物可能代谢含硫化合物，在无时无刻不在的云层中漂浮，甚至在不同海拔的休眠期形成生命周期的情景。

“当我第一次开始谈论它的时候，有很多阻力，主要是因为它是一个如此严酷的酸性环境，”格林斯普龙说，他自20世纪90年代中期以来一直在推动金星上云端生命的想法。

但我们对地球上生命的所有了解都表明，它将进入每一个可用的角落和缝隙。在这里，我们发现微生物在恶劣的、腐蚀性的环境中茁壮成长，比如温泉和火山田。我们还知道，微生物经常搭乘云层颗粒的便车，科学家们已经发现有机体在加勒比海上空飞行超过6英里。云在地球上是短暂的，所以它们不太可能支持永久的生态系统，但在金星上，预测的阴天将持续数百万年甚至数十亿年。

“在金星上，那个水坑永远不会干涸，”格林斯彭说。“云是连续的，厚厚的，遍及全球。”

虽然今天的金星是一个炙烤的世界，但观察表明它曾经有一个液态水海洋。在其历史上的大部分时间里，金星本可以像地球一样宜居-直到过去10亿年的某个时候，不断膨胀的温室气体将地球从绿洲变成了死亡陷阱。也许，随着灼热的表面变得不那么适宜居住，生命形式迁徙到云层中，以避免某些物种灭绝。

美国宇航局天体生物学家佩内洛普·波士顿(Penelope Boston)专门研究地球上奇怪地方的微生物，他说，现在那里的任何生命“都更有可能是更占主导地位的早期生物圈的遗迹”。不过，她对此持怀疑态度。“我想现在已经是个该死的地狱了，那么那个古老的信号能支撑住多少呢？”

2017年6月，卡迪夫大学的简·格里夫斯和他的同事们使用詹姆斯·克莱克·麦克斯韦尔望远镜(James Clerk Maxwell Telescope)观察了金星，该望远镜从夏威夷莫纳克亚(Mauna Kea)顶上的栖息地用射电波长扫描天空。他们正在寻找可能是生物起源的稀有气体或分子。他们发现的特征之一是磷化氢气体，这是一个由三个氢原子连接到一个磷原子的金字塔分子。

不久之后，格里夫斯与索萨-席尔瓦取得了联系，索萨-席尔瓦在研究生院花了几年时间研究磷化氢是否可以成为一种可行的外星生物特征。她得出结论，磷化氢可能是生命的灯塔之一，尽管自相矛盾的是，它对地球上一切需要氧气才能生存的东西都是致命的。

“我真的被地球上磷化氢的可怕性质迷住了，”她说。“这是一台杀人机器……。几乎是一个浪漫的生物签名，因为它是死亡的标志。“。

2019年，格里夫斯、索萨-席尔瓦和他们的同事使用ALMA(智利高原上的一系列望远镜)跟踪了最初的磷化氢观测。ALMA比夏威夷的望远镜更灵敏，它还用无线电频率观测天空，它可以探测到在金星大气中旋转的任何磷化氢分子发射和吸收的能量。

研究小组再次检测到磷化氢。这一次，科学家们可以将分子的信号范围缩小到赤道纬度和海拔32至37英里之间，那里的温度和压力对我们所知的生命并不太苛刻。根据信号的强度，研究小组计算出磷化氢的丰度大约是十亿分之二十，或者说至少是我们在地球上发现的一千倍。

在太阳系外，磷化氢在木星和土星的内部深处制造。在巨型行星的核心附近，温度和压力足够极端，足以制造出分子，然后分子在大气层中上升。但在多岩石的行星上，那里的条件明显不那么极端，没有已知的方法在没有生命的情况下制造磷化氢-这对能量的要求太高了。换句话说，如果在金星上观察到的磷化氢是正确的，那么一定有什么东西在不断地补充行星大气层中的分子。

索萨-席尔瓦说：“生命是唯一能将能量投入到制造分子中的东西。”否则，在宇宙中，化学只有在能量有利的情况下才会发生。

柏林理工大学的天体生物学家德克·舒尔茨-马库赫(Dirk Schulze-Makuch)曾考虑过基于云的金星生命，他同意磷化氢的生物学解释是可能的，但他认为其他未知的地质或光诱导的化学反应可能还能解释这一信号。“金星基本上仍然是一颗外星人的行星，”他说。“有很多事情我们都不明白。”

研究小组着手确定在没有生物的情况下，是否可以在金星上制造磷化氢。科学家调查的情景包括火山喷发、强烈闪电、构造板块摩擦、铋雨和宇宙尘埃。根据研究小组的计算，这些事件都不可能产生如此丰富的分子。

索萨-席尔瓦说：“不管是不是生命，它都必须是一种真正充满异国情调的机制。”“有些奇怪的事情正在发生。”

尽管如此，ALMA天文台科学家约翰·卡彭特(John Carpenter)对磷化氢观测本身是否真实表示怀疑。信号很微弱，研究小组需要进行大量的处理，才能从望远镜返回的数据中提取信号。他说，这一过程可能以与磷化氢相同的频率返回了人工信号。他还指出，远程分子识别的标准包括检测同一分子的多个指纹，这些指纹在电磁光谱上显示在不同的频率上。这是研究小组还没有用磷化氢做的事情。

“他们采取了正确的步骤来验证信号，但我仍然不相信这是真的，”卡彭特说。“如果是真的，这是一个非常酷的结果，但需要后续跟进才能真正令人信服.”

索萨-席尔瓦同意，研究小组需要通过寻找其他波长的额外指纹来确认磷化氢的检测。她和她的同事们计划使用平流层红外天文天文台(一种飞机安装的望远镜)和美国宇航局位于夏威夷的红外望远镜设施进行这样的观测。但新冠肺炎挡住了去路，球队的尝试已经被搁置。

“我们没有这个证据，这很令人失望，”索萨-席尔瓦说。

即便如此，威斯康星大学麦迪逊分校的行星科学家桑贾伊·利马耶(Sanjay Limaye)表示，这一发现足够令人兴奋，可以继续搜索，而且最好是从更近的有利位置进行搜索。“很耐人寻味的是，它可能指向了金星大气层中正在发生的一些奇怪的事情，但这到底是异国情调的化学作用，还是生命的作用呢？”他说。“我们需要去探索，找出答案。”

磷化氢的试探性探测可能会助长返回金星的呼声-一些人说，考虑到美国国家航空航天局(NASA)上一次向金星发射探测器是在1989年，这次旅行早就应该进行了。舒尔茨-马库赫说，完全有可能执行大气样品回收任务，派遣一艘航天器穿过云层，收集气体和粒子，带回地球。

几项拟议的任务正在通过审查，包括由卫斯理大学的吉尔摩牵头的一个精心设计的多航天器概念，行星科学界将在确定下一个十年太阳系探索的优先事项时对其进行评估。吉尔摩的构想包括几个轨道飞行器和一个气球，它们将密切研究金星大气，寻找生命迹象。

在更近的地平线上，一个名为达芬奇+(DaVinci+)的研究金星深层大气的较小任务是NASA发现计划竞赛的四个决赛项目之一。下一次任务选择计划在2021年进行。

“金星是一个如此复杂、令人惊叹的系统，我们无法理解它。这是另一个地球。它可能有几十亿年的海洋，现在就在那里。这只是一个离开的问题。“吉尔摩说。“我们现在拥有进入金星大气层的技术。这是可以做到的。“