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地球最近的鄰居——金星，在大氣中有微生物嗎？一個國際天文學家團隊已經(jīng)找到了雖不確定卻也頗有說服力的證據(jù)。

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藝術家描繪的金星大氣中的磷化氫分子圖。據(jù)科學家所知，在地球上，磷化氫只能由微生物產(chǎn)生，或?qū)嶒炇胰斯ぎa(chǎn)生。圖片來源：歐洲南方天文臺（ESO）

/M.Kornmesser/L.Cal?ada/美國航空航天局（NASA）/噴氣推進實驗室-加州理工（JPL-Caltech）/英國皇家天文學會/署名：CC BY 4.0。

這篇文章在今天解禁前意外進入谷歌搜索。地球天空（EarthSky）對由此造成的任何混亂或不快深表歉意。

我們大多數(shù)人都熟悉亞瑟·柯南·道爾爵士的這句話，他塑造了福爾摩斯這個角色：

“一旦你排除了不可能的，剩下的，不管多么不可能，都必然是事實。”

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本周，科學家們宣布了一項令人難以置信的發(fā)現(xiàn)：金星大氣中存在微生物生命的初步證據(jù)。

太空迷們都知道，金星表面酷熱難耐，熱得足以融化鉛。這是最不可能找到任何生命的地方之一。但是金星微生物的跡象并不是來自該行星的表面，而是來自其大氣層，那里的環(huán)境還可以合理地描述為“與地球近似” 。

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應當注意，這個新發(fā)現(xiàn)還不是金星上有生命的確定證據(jù)。但研究人員給出的理由令人信服。

令人振奮的發(fā)現(xiàn)來自美國和英國的科學家，他們分別在麻省理工學院（MIT）、卡蒂夫大學、曼徹斯特大學等。卡蒂夫大學的簡·格里夫斯（?Jane Greaves?）領銜了這次研究。英國皇家天文學會（RAS）上周通過Zoom為記者們提供了一個在線新聞簡報，其中三名研究人員參與討論了研究結(jié)果。RAS還發(fā)布了一份新聞稿。這項科學研究于今天，2020年9月14日，發(fā)表在知名期刊《自然·天文學》（Nature Astronomy）上，經(jīng)過了同行評議。

我們了解金星的一些情況，很大程度上要歸功于太空探測器的訪問。就我們所知而言，金星一直被認為是最不可能支持生命的地方之一。由于足以融化鉛的灼熱溫度和星球表面極強的氣壓，更不用說云層中含有大量的硫酸了，金星遠非張開雙臂歡迎生命的到來。

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然而，一些科學家推測，生命可能存在于更高處的大氣中，那里有一個“溫帶區(qū)域”的溫度和壓力與地球相似?？茖W家們就是在這個區(qū)域作出了此次發(fā)現(xiàn)。

研究者們到底發(fā)現(xiàn)了什么？

簡單地說，他們在金星的大氣中發(fā)現(xiàn)了一種本不應該存在的氣體，在地球上，這被認為是一種確定無疑的生物存在的信號。這是一種很臭的氣體，叫做磷化氫。據(jù)科學家所知，制造磷化氫的方法只有兩種，一種是在實驗室中人工合成，另一種是由生活在無氧環(huán)境中的某種微生物產(chǎn)生的。既然金星上并沒有任何（已知的）外星人實驗室，所以只剩一個可能性——微生物。

這次探測中研究人員使用了位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope）和位于智利的阿爾瑪（ALMA）望遠鏡。根據(jù)麻省理工學院的研究者們此前發(fā)表的研究，如果在一顆巖質(zhì)行星上發(fā)現(xiàn)磷化氫，將是生命存在的可靠證明。因此，金星上的這一發(fā)現(xiàn)具有令人興奮的意義。

但在宣布這一引人好奇的證據(jù)之前，研究人員當然還想排除其他可能的解釋。他們考慮并測試了多種在沒有生命的情況下可以產(chǎn)生磷化氫的場景，但最終都排除了可能性。麻省理工學院專業(yè)研究磷化氫的克拉拉·索薩·席爾瓦（Clara Sousa Silva）在一份聲明中表示：

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想要證偽是非常困難的。當前，天文學家想出各種方法來證明可以在沒有生命的情況下產(chǎn)生磷化氫，我對此表示歡迎。歡迎大家都來參與這項工作，因為我們已經(jīng)窮盡了現(xiàn)在可以想到的不依靠生命制造磷化氫的所有可能性。

在金星上發(fā)現(xiàn)磷化氫是個意外的收獲！這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了諸如生物如何在金星上生存等許多問題。在地球上，一些微生物可以耐受環(huán)境中高達5%的酸性物質(zhì)，而金星上的云層幾乎完全是由酸性物質(zhì)構(gòu)成的。

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日本“拂曉”號（Akatsuki）探測器拍攝的金星細節(jié)假彩色圖像。圖片來源：日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA/ ISAS）/ “拂曉”號項目組（Akatsuki Project Team）/?英國皇家天文學會/署名：CC BY 4.0。

研究的合作作者雅努什·佩特科夫斯基（Janusz Petkowski）補充說：

這項發(fā)現(xiàn)意味著，要么金星上可能存在生命，要么是在巖質(zhì)行星上發(fā)生了某種我們研究之外的物理或化學過程。

我們認為已經(jīng)研究了所有可能在巖質(zhì)行星上產(chǎn)生磷化氫的情況。如果不是存在生命，那就說明我們對巖質(zhì)行星的理解還遠遠不夠。

這是一項非常確定的聲明。

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格里夫斯（Greaves）表示：

這個實驗是一次基于麥克斯韋望遠鏡（JCMT）強大技術和先進儀器、純粹出于好奇的實驗。我想我們目前可以排除一些極端情況，比如金星云層中存在生物。當我們在金星光譜中第一次發(fā)現(xiàn)磷化氫存在的跡象時，真是非常震驚！

研究人員對數(shù)據(jù)進行了6個月的處理，才確信磷化氫的存在。英國阿爾瑪?shù)貐^(qū)中心和曼切斯特大學的安妮塔·理查茲說：

令我們大為欣慰的是，阿爾瑪衛(wèi)星的后續(xù)觀測條件良好，而金星與地球的角度正好合適。然而，處理這些數(shù)據(jù)非常棘手，因為阿爾瑪通常不會在像金星這樣的明亮星球上尋找非常精細的反應。

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卡迪夫大學的Jane Greaves領導了這項磷化氫的研究。圖片來自卡迪夫大學。

Greaves說：

最后，我們發(fā)現(xiàn)兩個天文臺都看到了相同的現(xiàn)象，那個波長下的微弱吸收確實是磷化氫氣體，分子被下面溫暖的云層的光所淹沒。

麻省理工學院的William Bains?領導了這項研究，試圖評估能在金星上產(chǎn)生磷化氫的其他自然方式，包括太陽光，從地表吹向上方的礦物質(zhì)，火山或閃電，但這些方式都無法產(chǎn)生如此多的磷化氫。它們最多只能產(chǎn)生望遠鏡所觀察的磷化氫量的10%。所以一定會有某物產(chǎn)生了更多的這種氣體。根據(jù)劍橋大學的 Paul Rimmer的說法，陸地生物只需發(fā)揮其最大生產(chǎn)力的10%，就可以制造出金星上的磷化氫量。

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在地球上，磷化氫是由無氧呼吸的微生物產(chǎn)生的。它們吸收磷酸鹽，加入氫元素，最終排出磷化氫氣體。金星大氣中幾乎沒有氧氣，這個相似點也可以作為金星上磷化氫來自于微生物的一個論據(jù)。

因為金星的表面的溫度對于任何已知的地球微生物都太高了，這些微生物唯一可能的存活地點就是金星大氣。在地表上方48到60公里（大約30到37英里）的高度處有一個溫帶地區(qū)，那里的溫度在30到200華氏度（約0到90攝氏度）之間。這是金星上的宜居帶，也恰好是磷化氫發(fā)現(xiàn)的地方。Petkowski指出：這個磷化氫信號被完美地放置在其他人推測可能是宜居帶的地方。

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夏威夷的詹姆斯克拉克麥克斯韋望遠鏡是第一個在金星大氣中探測到磷化氫信號的望遠鏡。圖片來自Will Montgomerie/EAO/JCMT/皇家天文學會/署名：CC 4.06

研究人員將繼續(xù)使用更多的望遠鏡進行觀測，包括尋找其他可能與生命有關的氣體。他們還想知道在信號中是否有每日或季節(jié)性的變化，這暗示著與生命有關的活動。英國皇家天文學會（Royal Astronomical Society）主席艾瑪·邦斯支持返回金星的任務，她說：

科學上一個關鍵的問題是地球之外是否存在生命，Jane Greaves教授和她的團隊的發(fā)現(xiàn)是這一探索的關鍵一步。我特別高興看到英國科學家領導了如此重要的突破，這為探索金星和返回的太空任務提供了強有力的理由。

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Petkowski說：原則上，可以存在一個生命周期，讓生命永遠停留在云里。金星上的液體介質(zhì)不像地球上那樣是水。

科學家們還認為，幾十億年前的金星更適合居住，甚至在溫室效應失控之前還存在海洋。根據(jù)Sousa-Silva的說法：

很久以前，金星被認為存在海洋，可能像地球一樣適宜居住。當金星變得不那么適宜居住時，生命必須要適應，他們現(xiàn)在可能就在這個狹窄的大氣層里，在那里他們?nèi)匀豢梢陨?。這可能表明，即使是位于宜居帶邊緣的行星，也可能具有局部空中宜居的包層。

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金星表面永遠覆蓋著厚厚的，酸性很強的云層，但由有一個區(qū)域的溫度和壓力與地球十分相似，這為微生物制造了生存的可能。圖源ESA/?Astronomy.

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金星大氣中的溫帶，這里的溫度的壓強更適合生物生存。圖片來自Seager等人（2020）/?Astronomy。

這個云層中的宜居帶可能是金星微生物最后的避難所。這是很難以置信，但是如果科學家是對的，那么這將是歷史上最驚人的發(fā)現(xiàn)之一。假如得知我們不但并不孤獨，而且一直以來在距離我們最近的行星上就存在生命，這會有多么令人震驚！下面是Souva-Silva2019年在Science America上發(fā)表的文章：

?正如我們所知，生命只是眾多生物學可能性中的一個孤島。我們的星系中有各種各樣的恒星，和圍繞它們運行的各種各樣的行星。僅地球就孕育了數(shù)十億種生物。因此，不難想象生命可以以各種意想不到的方式出現(xiàn)，有些也許可以使它們的大氣中充滿像磷化氫這樣奇怪的分子。有一天我們會檢測到這些磷化氫。坦白說，這也許會使人感到惡心而不是有趣。另一方面，這些外星居民也許也會對我們感到惡心（這是一個星際外交需要克服的困難）。盡管如此，如果我們在一個巖石行星的宜居帶上發(fā)現(xiàn)了磷化氫，假如沒有誤報的話，我們將會在那里發(fā)現(xiàn)生命。

在這里，她說到了在沿軌道運行的系外行星的大氣上，發(fā)現(xiàn)了磷化氫。但是這一基本情況如今適用到了太陽系的這一巖石星球上。金星的位置在我們太陽系的宜居區(qū)的邊緣，行星的周圍溫度是符合液態(tài)水存在條件的，盡管金星的表面情況就像地獄。

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上個月，另外的一個學術討論發(fā)表在了天文學雜志和其他地方。這篇討論展示了細菌如何理論上在金星生存——通過尋找含有少量硫磺酸和一些水的避難所。他們循環(huán)在大氣的不同層中，從來沒有抵達過地面，通過間歇地轉(zhuǎn)換到休眠狀態(tài)而得以在極端條件下存活。

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一個被提出的細菌在金星大氣生活的生命循環(huán)。（1）處在生長階段的干燥的細菌在金星的霾層生存。（2）這些孢子被上升氣流帶到了適宜生存的云層。（3）通過水的一次接觸，孢子開始了代謝活動。（4）這些細菌分開聚集成飛沫，通過凝固得以生長。（5）這些飛沫越來越大，直到足夠在大氣中下沉，最終抵達可以蒸發(fā)獲取更高溫度的地方，這些細菌會轉(zhuǎn)化成孢子，從而漂浮到更加底的霾層。（影像來自西格等人，2020，天文學）

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雖然這一發(fā)現(xiàn)令人驚訝，但科學家多年來一直猜測金星大氣中可能存在微生物生命。正如一些科學家所假設的那樣，它甚至可以解釋金星大氣中的那種不尋常的暗條紋，它以某種方式吸收紫外線，被稱為“未知吸收體”。科學家發(fā)現(xiàn)這些條紋是由微小的未知粒子組成的，粒子的大小與地球上細菌差不多。

就連卡爾·薩根也認為，在金星的大氣層中可能存在生命。但是由于酸性云層的存在，金星微生物可能與地球上的任何生物都大不相同，包括大衛(wèi)·格林斯彭在內(nèi)的其他科學家也曾寫到過金星云中存在生命的可能性。其中最好的一些文章發(fā)表在Eos期刊、《天體生物學》雜志（Astrobiology Magazine)、?太空網(wǎng)(Space.com)還有《天空與望遠鏡》雜志(Sky & Telescope)上 。格林斯彭也在麥哲倫電視臺上談到了這一點，并進行了突破性討論。現(xiàn)在看來他們可能一直都是對的。

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同樣，這還不能完全證明金星上有生命存在，但已非常接近。持續(xù)關注未來的相關研究將是非常有趣的。

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小結(jié)：地球最近的鄰居金星的大氣中是否有微生物生命？一個國際天文學家團隊已經(jīng)找到了雖不確定卻也頗有說服力的證據(jù)。

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作者：Paul Scott Anderson?

FY：Astronomical volunteer team

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