重返金星!科学家在金星上发现“生命印记”,它会成为第一颗“超级地球”吗?

subtitle 前瞻网 09-18 08:23 跟贴 1 条

金星是绕太阳旋转时距离地球最近的行星。在这颗星球30英里高的黄色、朦胧的云层中,科学家们近日首次探测到大量的有毒气体——磷化氢(PH3)。磷化氢的存在成为了“一丝希望”,在地球上——这种气体与生命息息相关。

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太空迷们都知道,金星表面酷热难耐,热得足以熔化铅。与地球相比,它简直是个地狱。金星96%的大气是由二氧化碳构成,它经历了失控的温室效应,表面温度如同披萨烤箱里一样——超过400℃。连人类发射到金星的太空探测器,也仅“存活”了几分钟便发生故障。

这是你最不可能找到生命的地方之一。但是微小的金星微生物的迹象并不是来自行星的表面,而是来自它的大气层,那里的环境与地球相当相似。

值得注意的是,这一新发现还不能证明金星上存在生命。这一发现只是科学家们还无法解释的现象的证据。因为磷化氢可能是由某种生命形式产生的,也可能是通过一种科学家从未见过的化学过程产生的。

磷化氢“悬念”:是生命产生?还是一种神奇化学机制?

尽管有酸,这些云却携带了我们所知的生命的基本成分:阳光、水和有机分子。在靠近云层中间的地方,温度和压力与地球相当相似。

对这颗行星的早期观察显示,它的部分大气层吸收的紫外线比预期的要多,科学家推测这种异常现象可能是空气中的微生物造成的。这种现象时更有可能由于含硫化合物的存在,一些科学家已经阐述了金星外星人或外星生物的可能。

在地球上,云的存在是短暂的,所以它们不太可能支持永久的生态系统;但在金星上,多云的日子可能要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。“云层连绵不断,厚厚的,遍布整个星球。”

虽然金星现在是一个烘烤的世界,但观察表明它曾经有一个液态水海洋。在金星历史上的大部分时间里,它可能和地球一样适宜居住——直到最近10亿年的某个时候,膨胀的温室气体把这颗行星从“绿洲”变成了“死亡陷阱”。也许,当烧焦的表面变得不那么适宜居住时,生命形式迁移到云里以避免灭绝。

美国宇航局专门研究地球上奇怪地方微生物的天体生物学家佩内洛普·波士顿(Penelope Boston)说,现在那里的任何生命都“更可能是早期占优势的生物圈的遗迹”。

此外非常重要的一点是,虽然这颗行星以其酷热而稠密的含硫酸大气而著称,但其大气高层却较为“宜人”,温度和压力都相对较低。

目前,科学家们已经考虑并测试了多种可能在没有生命的情况下产生这种气体的情况,但正如他们承认的那样,结果在这点上一无所获。

如果金星上磷化氢是由非生命形式的化学作用产生的,这意味着磷化氢必须以每秒每平方厘米数百万个分子的速度产生。

那么,什么样的过程可以做到这一点呢?一种可能是火山活动,它会将磷注入大气。但格里夫斯和合作者说,这只有在金星的火山活动性比地球强200倍的情况下才有可能,但事实并非如此。闪电可以产生产生磷化氢所需的条件,但大气的活跃程度还不足以产生磷化氢。流星撞击每年向大气中倾倒数吨的磷,但这还不足以解释观测到的磷化氢水平。

存在生命——是最后的解释。这必须是温带高空的空气生态系统。

基于最新的发现和迹象,科学家们呼吁开展更多的观测,包括派出探测器,以确定那些磷化氢到底是由生命产生的还是源自某种其它化学过程。

未来的观察将集中于确认检测到的磷化氢,科学家们正在倡导一种可能能够嗅出金星大气中的气体——甚至可能是生命的探测器。

集齐生命探索的几大要素

地球以外的其他星球上也可能出现智慧文明,这些标志被称为生物特征,拥有一系列这类特征的星球称之为“超级地球”。

地球的大气中含有高浓度的氧气和臭氧,它们是高度活性的分子,如果它们是太阳系形成时的剩余物,早就应该和其他化合物发生反应并消失了。相反,它们的存在表明,地球表面的某些东西正在大量生产它们。甲烷也是如此,它在阳光下很容易分解。

另一种是磷化氢,它是一种有毒的可燃气体。磷化氢反应性强,所以存活时间短。它在地球大气中的含量为万亿分之一,这表明它必须不断产生,在这种情况下,是由厌氧细菌产生的。这也是为什么在金星大气中发现磷化氢含量为十亿分之几会成为头条新闻的原因。

有趣的是,金星和地球并不是唯一的大气中含有磷化氢的行星。本世纪初,卡西尼号飞船(Cassini spacecraft)在木星和土星的上层大气中发现了磷化氢。在这些情况下,这些气体是在这些行星的大气层深处大量产生的,那里的温度远高于1100开尔文。然后它通过上升流和对流泄漏到高层大气中,在那里它被阳光和其他化学过程迅速分解。

另外一大条件就是液态水。虽然金星现在是一个烘烤的世界,但观察表明它曾经有一个液态水海洋。科学家们认为金星曾经有点像地球,表面上有长期存在的水体。

其实,之前也曾在其他行星上发现过水,但这些行星不是过大就是过热,无法让生命生存。而要想探询到温度低、体积较小的行星则非常困难。

爱丁堡大学天文学院的比利尔博士(Dr Beth Biller)认为,总有一天我们会发现其他星球存在生命的证据。比利尔博士表示,其它生命现象未必就是像人一样的生命形式,它可能是微生物或是简单的生命形式。即使这样,能在外星球上发现生命现象仍然是意义重大。

可以看到,金星之所以如今变得如此“诱人”,是因为在它上面不仅探测到了液态水、磷化氢,而且离地球也近,人类还具备登陆这颗星球进行探索的条件(比如安全进入金星大气层)。

寻找生命的可能性将是未来金星探测任务的重要推动因素,其实这背后还有一个更紧迫的原因——它可能是未来地球大灾难的一个“预测器”。

行星地质学家最近得出结论,金星表面可能存在了数十亿年的液态水,可能直到最近的7亿年前。然后,它遭遇了灾难性的温室效应,使得它的表面温度高到足以融化铅。了解哪里出了问题,对于防止地球上发生类似的灾难至关重要。这就是为什么NASA、ESA和其他太空机构必须将他们的注意力紧急转向金星的真正原因——我们没有多余的时间了。

由来已久的谜团

事实上,对于金星上可能存在生命的探索发现,可能没有人比已故的伟大的卡尔·萨根(Carl Sagan)更兴奋或更惊讶了。他在50多年前就说过,这一天可能会到来。

他预测金星的表面将会非常热,甚至在1962年NASA第一次探测金星之前就已经证实了这一点。他是第一个看到金星地狱景象的科学家,这是失控的温室效应的结果——他知道,温室效应可能指向地球气候变化的未来。

他在1967年的《自然》杂志上写道:“如果少量的矿物质从表面被搅动到云层中,那么不难想象金星云层中有一种固有的生物。”那是美国宇航局登月的两年前。“虽然金星的表面条件使那里存在生命的假设难以置信,但金星的云层则完全是另一回事。”

正如萨根所指出的,高二氧化碳含量的大气并不是什么障碍。在50千米(31英里)的层面上,金星云层的顶部,环境实际上是适宜的,几乎和地球一样。有机体可以像黄石公园里的细菌一样,在高温、富含二氧化碳的喷口附近繁衍。他说,在二氧化碳中加入阳光和水蒸气,你就得到了构成生命的要素——光合作用。

NASA金星探索顾问组主席达比·戴尔说:“他的想法很有先见之明,而且在今天仍然很有道理:在金星地狱般的表面和接近真空的外层空间之间,一定有一个适宜生命生存的温带地区。”

就在萨根做出预测的11年后,另一个金星探测器在大气中发现了甲烷——这可以被认为是有机物质存在的一个预报器。像萨根这样的科学家对这一发现持谨慎态度;然而,还没有人给出一个合理的替代方案来解释为什么甲烷会漂浮在金星上。

萨根于1996年去世,当时美国国家航空航天局(NASA)的金星探测工作正处于一段漫长的“干涸期”。但他的想法流传了下来。

早在30年前,NASA发射了上一个专用于探测金星的雷达测绘轨道器探测器——“麦哲伦”(Magellan Venus probe),当时造价4.13亿美元,不过目前已损毁。

2005年,欧空局(ESA)发射“金星快车”轨道器。

2010年,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)发射了“晓”(Akatsuki)轨道器。

2013年,我们在地球上空的云层中发现了大量的微生物——超过300种。让收集它们的科学家惊讶的是,微生物在低海拔地区实际上密度更低。

2016年,美国宇航局的模型显示,金星曾经有海洋,至少有20亿年。这支持了行星专家大卫·格林斯彭的理论,他认为,10亿年前,当云层表面的条件对生命来说过于恶劣时,微生物就迁移到了云层上。

2018年,对金星大气层的另一项研究发现了神秘的“暗斑”,科学家推测这可能是微生物生命存在的证据——数量巨大。

悄无声息地,在NASA内部和外部,一个“金星社区”正在成长,他们想要探索它的云层,并开始为其筹集更多的预算。到目前为止最激动人心的时刻是在2015年,当时NASA公布了一项名为“大破坏”(HAVOC)的概念任务。

这个新项目很适合“突破计划”(Breakthrough Initiatives)。“突破计划”是由科技界亿万富翁尤里·米尔纳(Yuri Milner)创立并资助的一系列科学项目,历时五年,旨在帮助回答一些人类最重大的问题。

由上述计划资助的其他项目包括耗资1亿美元的“突破倾听”(Breakthrough Listen)项目,旨在扫描宇宙中外星智能的迹象,以及耗资1亿美元的“突破探星”(Breakthrough Starshot)项目,该项目正在开发利用微型机器人探测器近距离探测附近系外行星的技术。

金星探测要火?

茫茫宇宙中,孤独的人类一直在寻找自己的伙伴,虽然已知银河系中其他星球存在有机分子,但我们仍未看到除自己以外的其它生命迹象。

与越来越多的行星体一样,金星被证明是一个令人兴奋的发现之地,尽管由于其极端的温度、大气成分和其他因素,它并不是寻找生命的重要组成部分。

事实上,一直以来,金星这颗离我们最近的“邻居星球”却没有火星那么受待见,探索任务一直难以争取到足够的经费。

但在科学家们宣布首次探测到磷化氢,以及金星有生命存在可能的时候,美国宇航局局长布莱登斯坦在推特上发了这么一句神奇的话:“该是重视金星的时候了”。

这一发现的确可能会让一些政府和私人金星探测任务的前景变得光明起来——它可能会逐渐成为未来地球飞行探测器的更重要的研究目标。美国和俄罗斯已经探索了在2026或2027年向火星发射着陆器和轨道飞行器的计划。欧洲航天局计划在2032年访问。印度航天局计划在2023年完成一项任务。欧洲的“展望”任务(EnVision mission)也是如此。

美国太空总署NASA 2021年即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),以及七年后欧洲航天局将发射的Ariel mission太空行动,届时将可以让天文学家们能够更详细地研究迄今为止探测到的各种世界的大气层。

而且新的发现可能会让政府探测任务的天平出现倾斜。美国新一轮行星科学十年调研工作眼下刚刚启动,负责那项研究的指导委员会于9月14日宣布成立。这项调研定于2022年初完成,将确定下一个十年行星科学任务和相关研究工作的优先次序。

长久以来,科学家们一直想知道,生命是否可能通过陨石或其他机制在太阳系周围传播物质而被播撒到整个太阳系。然而,如果金星上的生命完全独立于地球上的生命,这将告诉研究人员关于生命到底是如何进化的一些重要信息,可能会为这颗邻近行星的历史和演化提供一些答案。

最新对磷化氢的初步探测,很可能会给重返金星的呼声加一把火——鉴于美国宇航局上一次向金星发射探测器是在1989年,有人说这是一次姗姗来的旅行。舒尔茨-马库奇(Schulze-Makuch)表示,完成大气采样返回任务是完全有可能的,即发射航天器穿过云层,收集气体和粒子带回地球。

NASA“发现”计划(Discovery Program)的四个候选任务中,有两个将集中在金星上。近期,一个名为“达文西+”(DAVINCI+)的研究金星深层大气的小型任务进入了美国NASA“发现计划”(Discovery program)竞赛的四个决赛阶段。下一次任务选择计划在2021年进行,将派探测器进入金星大气,以研究其成分。

另一项称为“金星辐射、射电科学、合成孔径雷达干涉测量、地形学与光谱学”(VERITAS,简称“真理”),为轨道器,将利用雷达对金星表面进行测绘。

其它国家也在从事或考虑开展火星探测任务:

- “展望”(EnVision)是入围欧空局下一项中级探测任务最后阶段角逐的一项金星轨道器任务,拟在30年代初发射,以研究金星表面和大气。

- 俄罗斯正在研究称为“金星”D的一项任务方案,包括轨道器和着陆器,拟不早于2026年发射。

- 印度空间研究组织(ISRO)则在搞称为“金星船”(Shukrayaan)1的轨道器方案,拟不早于2023年发射。

此外,几个拟议的任务正在进行审查,其中包括由卫斯理大学的吉尔摩(Gilmore)领导的一个复杂的多航天器概念,行星科学界将在确定未来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器和一个气球,它们将会仔细研究金星的大气层并寻找生命迹象。

私人出资的金星探测任务也拉开了大幕。比如火箭实验室公司,其CEO贝克近几周一直在说要在2023年把一个小型探测器送往金星,项目已经处于研究论证阶段。他表示,“若私人任务能得以开展,那将成为航天领域一个真正的转折点”。

9月15日,由亿万富豪尤里·米尔纳出资的突破倡议基金会宣布,将会为金星潜在生命研究出钱。

参考来源:

https://www.nationalgeographic.com/science/2020/09/possible-sign-of-life-found-on-venus-phosphine-gas/

https://www.axios.com/life-evolution-venus-8e1897bc-cdfa-483e-9ff3-ccff5b4c0f99.html

https://www.discovermagazine.com/planet-earth/the-curious-question-of-life-on-venus

https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4

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