磷化氢、生命和金星

作为一名化学家--一个业余从事天文学研究的人--我必须在昨天出版的金星纸上写下磷化氢。这一次的禁运漏洞百出，所以每个真正关注这件事的人都得到了各种各样的预先警告，但这一消息肯定引起了轰动。

那么磷化氢是什么？这是一种简单的化合物，分子式PH3，如果你用过它，你可能会做一些相当时髦的磷化学，或者你在电子制造行业(在那里它被用来制造半导体)。或者，你也可以用烟熏把啮齿动物赶出农舍；这也是有好处的。磷化氢有极其难闻和易燃的名声，但这在很大程度上是因为它经常含有一些二磷烷(P2H4)，这取决于它的制备方式。但这只是使纯磷化氢成为一种剧毒气体，没有那么多恶臭来警告你，所以这是一个好坏参半的改进。

地球大气层中存在少量且数量可变的磷化氢，其起源一直是许多争论的主题。在我们这个富氧的世界里，没有充分的理由，磷不会以这样的还原形式出现。地球上绝大多数的磷都是以磷酸盐的形式存在的(就像磷所能得到的那样被氧化)，而把它一直带回磷化氢是一个耗能很高的过程。一种可能性是它是在闪电中形成的-那里有足够的电子可以用来进行任何你可能愿意运行的减少。但自20世纪80年代末以来，也变得明显的是，磷化氢可以在厌氧环境中生产，比如污水污泥，而不会有闪电。不知何故，一些核心微生物(尚未确认)似乎能产生足够的电子来完成这项工作。最近的一篇论文着眼于将各种潜在的营养物质添加到这些污泥中，他们发现葡萄糖在增加磷化氢产量方面特别有效。已经有报道称，污泥的化学杀菌会完全切断磷化氢的生产。

产生所有头条的新论文报道在金星的上层云层检测到磷化氢，而那里实际上不应该有任何磷化氢(原因与地球上相同)。其他一切都被氧化了：金星上的碳是以二氧化碳的形式存在的(二氧化碳占大气的96%，给这个地方带来了最极端的温室效应)，硫以硫酸的形式存在(也有大量的硫酸)，所以那里的磷应该是磷酸/磷酸盐，而不是磷化氢。作者计算出，闪电和火山只能通过已知的过程产生足够的气体，比实际观察到的少几个数量级，而且没有任何其他非生物过程(光化学等)。假设它们能够产生这种气体。这篇论文有详细的磷化氢生产和分解的估计和模型，这些路线中没有一个，一直到陨石运送还原的磷矿物，似乎都没有接近观察到的产量。因此，我们只剩下一些未知的无机路线到达它，没有什么特别可信的东西出现在我们的脑海中。。.或者我们有我们在地球上看到的那种明显的微生物生产。

起初，金星上的微生物似乎相当不可能，因为金星基本上是天空中的地狱。苏联维内拉登陆者在20世纪70年代和80年代最彻底地证实了这一点。那个项目是一项重大成就。1966年，金星3号到达金星表面(第一个撞击另一颗行星的人类物体)，但它的仪器在到达大气层时失败了。维内拉4号(1967)最初被认为可能在着陆时幸存下来(尽管它的通讯在降落过程中也停止了)，但美国水手5号航天器几乎同时到达，并测量到大气压力至少是地球的50倍，远远超出了维内拉探测器的建造承受能力。苏联工程师进行了装甲，1970年的维内拉7号是人类第一次将工作探测器降落在另一个星球的表面。但它在下面只存活了23分钟，因为压力确实是91大气压，环境温度是464摄氏度(867华氏度)，热到足以熔化铅、锡、锌和各种合金。要到达这个旅游陷阱，你必须穿过几公里厚的硫酸云层。维内拉13号(1981)创造了现有的记录，在地表存活了两个多小时。

那么为什么会有人想象微生物的生命呢？嗯，那里有厚厚的云层甲板。很明显，微生物可以从地球上的云滴中分离出来。Harold Morowitz和Carl Sagan在1967年提出了在金星大气层的温带地区存在类似生物的可能性，而这绝不是蜜蜂

这篇论文提出了一些后续实验，试图确定所有这些，但没有一个是容易的(参见补充材料中的“确认PH3的策略”)。ALMA设备可以用来搜索另一个特定的磷化氢波段，但这将需要几天的固体数据收集，这是一个真正的挑战。红外线观测也是有可能的，但地面观测会因为地球大气中的吸收带而变得复杂。不过，肯定会有人尝试那个。我想最终我们会看到关于气溶胶采样探测器的提案，甚至可能会有返回地球的部件(毫无疑问，现在各个团队都在对此进行统计！)。

现在来进行最后一点猜测：如果所有这些确实联系在一起-如果金星上有磷化氢，如果我们正确地探测到了它，如果它是金星微生物的证据-那会告诉我们什么？嗯，你可能会怀疑是不是我们自己把它带到了那里，通过各种进入金星大气层的探测器。考虑到旅行条件、进入大气的条件，以及常见的细菌污染物不太可能适应金星云的条件，即使它们确实到达了可行的条件，我认为这是不太可能的。但这也不是完全不可能的。

最大的问题是，这对一般的外星生命意味着什么。就像关于火星上的甲烷的争论(可能的生物特征与关于探测和非生物来源的争论有相似的侧写)一样，这些事情可能意味着微生物生命很容易就开始了。这将是一件需要证明的重大事情，因为在这一点上，绝对可以肯定的是，围绕着种类繁多的恒星存在着种类繁多的行星。同样可以肯定的是，我们所知的生命的简单分子在宇宙中非常丰富，一直到含碳陨石中的氨基酸、碳水化合物和核苷酸，以及(在某些情况下)星际云中的氨基酸、碳水化合物和核苷酸。

我们完全不知道(也仍然不会知道)的是，向多细胞生命的过渡可能有多容易或有多大可能性，以及由此产生的复杂有机体有多频繁地能想出利用技术来调查周围环境的能力。就像我们现在做的那样。我们只剩下一些很长的线来尝试连接一些非常重要的点。。。

对于那些想在有限的时间内了解最新天文学和物理学的人，我推荐在YouTube上查看安东·彼得罗夫(Anton Petrov)的“什么是数学”(What Da Math)。好东西。

因此，这听起来像是一项相当大的能源投资，对于一个有机体来说，要把磷酸盐一路还原成磷化氢。有人猜到他们为什么要这么做吗？出于某种原因不顾一切地想要从里面得到氧气？把它当储物用吗？彻头彻尾的变态？

在此之前，我的问题是“我们在金星上观察到了多少磷酸盐？”以及“如果没有减排过程，我们的期望值是多少？”

至少在地球上，在厌氧污泥中，有机体急需氧气的说法可能确实是对的。当然，看起来他们可以把它从比磷酸盐更容易的东西上扯下来。

在金星的大气层中可以看到甲烷和硫化氢。但这仍然让我感到困惑，为什么硫(大部分)处于氧化(硫酸)状态，为什么碳(主要)处于氧化(CO2)状态。在地球上，直到大约24亿年前的“大氧合事件”，我们才有氧化性的大气层。直到那时，亚铁才从海洋中沉淀出来，成为我们今天所知的巨大铁矿矿床。但是大氧化事件是由生物(光合作用)过程驱动的。所以在我看来，并不是低价的磷化氢暗示了生命的存在，而是高价的硫和碳需要一个解释。

“所以在我看来，并不是低价的磷化氢暗示了生命的存在，而是高价的硫和碳需要一个解释。”

也许它暗示的是生命存在于遥远的过去，而不是现在。

如果我们继续以目前的方式破坏地球，它还可能为我们的大气提供一个预览，看看有朝一日我们的大气会是什么样子。

蒸汽。Vebnus的海洋在早期经历了更多的蒸发，而且它的磁场非常弱，所以宇宙射线粒子对大气的影响比地球上的要大得多。这就把蒸汽分解了。海德勒冈在太空中沸腾，氧气继续与各种物质结合。

直到今天，由于宇宙射线的轰击和磁场的缺乏，金星仍然留下了穿越地球轨道的大气层痕迹(这是高空微生物的另一个问题)。它们必须是真正抗辐射的。

我们将不得不通过一个充满彗星的柱子对这个反应进行色谱分析。

气溶胶采样探测器返回地球可能是危险的。想象一下，如果探测器坠毁着陆，金星上的微生物会松散，肆虐地球，远远比新冠肺炎更糟糕。现在，你可能会争辩说，这样的细菌不可能在这里，在野外生存。但我怀疑这样的任务永远不会被批准。还记得对潜在的“月球细菌”的恐惧吗？正是这种恐惧让阿波罗11号机组人员在返回时与世隔绝。

比A&A；E Network的翻拍要好得多。罗伯特·怀斯(Robert Wise)1971年的仙女座菌株从未被与之相提并论，尽管自那以后这门科学已经取得了显著的发展。

我认为马斯克和SpaceX应该去争取，马上。他需要一些东西来恢复他的声誉，从金星上带回一个样本，证明那里有生命存在，就会抹去他过去所有的罪过，为未来不可避免的额外的罪过扫清障碍。

自从探测器第一次被送上金星以来，只有50年左右的时间。即使产生磷化氢的细菌带着探针到达金星，它们能在如此短的时间内(至少从地质学上讲)如此成功地传播，以至于可以找到ppb级别的磷化氢吗？

嗯，指数增长是存在的。这并不是完全不可能的，火箭在升空的过程中发现了地球上的大气细菌。这些细菌已经适应了高处的生活，所以它们有可能在金星上定居。

请记住，他们还必须适应不仅像阿塔卡马一样干燥的空气，而且所有现有的水分都与95%的硫酸混合在一起。

由于太阳的近在咫尺和金星的近乎不存在的磁场，电离辐射甚至比地球还要多。

是否有足够的时间完全取决于到达的任何细菌找到金星的好客程度，因为这决定了细菌的生成率和最大种群。考虑到一种未知的细菌和知之甚少的条件，即使是消息灵通的人的估计也会有很大的不同。

在理想条件下，大肠杆菌的世代时间约为15分钟。一种细菌与整个银河系的质量相差30个数量级左右。由于10^3(1,000)仅比2^10(1,024)低几个百分点，因此10^30足够接近2^100。因此，假设在不可能的理想条件下，你可以在大约一天的时间内将大肠杆菌的质量提高到与银河系相同数量级的质量。

因此，关于是否有足够时间的唯一问题是这种未知细菌的生物学和人们对其知之甚少的条件。

现在，虽然我们刚刚在8月份完成了国际空间站的一项实验，显示细菌可以在太空中存活三年，但我不愿太多地打赌，14个人类探测器中的一个会把生命送到金星上，进入它的大气层。但未知数足够大，我不会排除这一可能性。

我真的很讨厌“金星人”听起来像是呜呜叫。维内里安和西瑟里安要优雅得多。但是在所有的硫酸都存在的情况下，为什么我们没有看到pH4+HSO4-(硫酸氢磷)或者PH3：O=S=O的加合物呢？奇怪的是，在低pH条件下，pH3会以非质子化状态存在。

是的，但是性爱是如此短暂的性爱之旅。我是古典词源学的粉丝，但我在这个……上投票给金星人。

在这件事上是活体的。“Venerean”一词在文献学上没有什么可推荐的，但它确实太容易引起“社会疾病”的联想。

另一种可能性是通过地球的运输将细菌接种到金星大气中，撞击火流星碎片。例如，宾夕法尼亚州立大学的雷切尔·沃思在2013年发表在“天体生物学”杂志上的研究计算出，K-T撞击器(恐龙杀手)向太空发射了700亿公斤的岩石，并将其分布在整个太阳系…中。从规模上看，多达2万公斤的碎片可能会飞到木卫二。此处提供纸张(https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/ast.2013.1028).。

令我震惊的是(哈哈，糟糕的双关语)岩石圈中的许多细菌都是以硫酸盐为食的厌氧菌，能够处理恶劣的环境。如果K-T事件的地壳喷出物携带这些消耗硫酸盐的有机体进入金星大气…。进入…时拆分。在对生物乘客…施加显著的杀戮热之前，太空飞行的宿主喷射物减慢并解聚成细小的颗粒。新释放的硫酸盐还原器将发现自己置身于动荡的金星大气层中，有一种可怕的大气化学鸡尾酒需要处理，但与在…表面下几公里深的地壳条件下发现的条件并没有太大的不同。ETC…。我不认为为金星上的生命制定一个故事情节是完全不合理的，而是为来自地球的生命制定一个故事情节！“挥手”是肯定的，但有一条合乎逻辑的通行线。瑞秋称之为“输卵管受精症”。

去金星的任务是在大气层的不同高度插入多个充气气球，每个气球都携带着生物包，里面有生长培养基碟子和微型DNA测序仪，以防万一？谁来和埃隆·马斯克谈谈，让Space X设计一下。

这是非常突出的一点！如果我们能证明大气层中有生命存在，我也会认为远古的地球来源的污染比金星本地生命更重要。

我没有读到我想读的那么多，但我的理解是，我们甚至还没有完全了解地球上细菌产生PH3所涉及的化学物质。所以，即使引用生命，化学也无法解释。

如果我们必须使用未知的化学，假设要么是我们不知道的反应，要么是我们不知道的反应物存在，似乎要简单得多。(当然，也许从我上次读到它以来，这个化学已经被阐明了)。

我是说，不管怎么说都太酷了。但是“生命”对神秘的人来说似乎是不必要的。一种可能的解释，但比我们遗漏了一些化学物质更不可能的解释。(如果我们知道宇宙中所有的化学，我们中的大多数人都会失业。)。

但这种情况不会持续太久。我已经可以看到研究人员排队购买成堆的磷化氢生产污泥，其他人将分析每一个可行的非生物生产指标。

但是那700亿公斤的岩石肯定有很多在撞击中被加热灭菌了吗？其中更多会在离开时被大气摩擦热灭菌，更多会在进入金星大气层后再次被热灭菌。

可能比你想象的要少得多。落在地球上的陨石通常是冷的。即使当它们猛烈撞击时，大部分热量也是在外层产生和散失的。

虽然降落在地球上的陨石核心接触起来不会很热，但在运输过程中烧蚀掉它的物质(大部分质量！)。我想，有一段时间很热。

嗯，是不是有人说把气球扔到金星上？已经完成了：https://en.wikipedia.org/wiki/Vega_program#Balloon。

是不是有人说要从气球上发射火箭？加利福尼亚州有一家很酷的小航空公司做这样的事情：http://www.jpaerospace.com/rockoons.html.。见鬼，只要你能把你的实验装进一个乒乓球，并且不介意等待他们明年春天的下一次发射，他们就会免费把你的实验带到10万英尺的高空。

获取样本并将其取回可能并不像大多数人想象的那么困难。顺便说一句，织女星2号气球在电池耗尽之前在金星大气层中漂浮了近2000公里。下面主要是H2SO4，还有HCl和HF的调味剂。

假设你要为金星改装一颗GO气象卫星。现有的GO鸟类的所有通道都集中在基本上围绕水(高和低海拔水蒸气、雪、冰等)和基于地球背景温度的热源的波长上。在金星上基本上毫无用处。那么你会选择哪些波长来过滤呢？

这就是我突然想到的思想问题。也许，我们可能正在研究硫酸形式和二氧化碳的吸收带？如果地面温度为500摄氏度，云层温度为30摄氏度，红外光谱将会有很大的不同，或者现在我们将重点放在观测上。

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