當(dāng)一組研究人員報告在金星大氣中發(fā)現(xiàn)了磷化氫，接下來科學(xué)家如何確認或否認金星云中存在生命。

上圖為金星影像，于1974年美國宇航局“水手十號”飛臨金星拍攝。圖源：美國宇航局/噴氣推進實驗室—加州理工學(xué)院

昨天，當(dāng)一個研究團隊稱他們在金星大氣中發(fā)現(xiàn)了生命存在的可能信號——“磷化氫”時，我們都驚呆了。這個發(fā)現(xiàn)毋庸置疑地再次吸引了科學(xué)家對我們鄰近行星的興趣。下面幾段是講接下來會發(fā)生的事情，以及科學(xué)家是如何證實（或證偽）金星大氣中生命的存在的。

在尋找地外生命方面，磷化氫作為一種與惡臭沼澤及企鵝糞關(guān)系密切的可燃氣體，起初并不受天體生物學(xué)家的重視與關(guān)注。但就在昨天，因為一篇宣布金星大氣中存在磷化氫的文章，一切都變了。

上圖為金星的藝術(shù)設(shè)想圖，嵌套小圖表示金星大氣中被探測到的磷化氫分子。圖源：歐洲南方天文臺（ESO）?的M. Kornmesser / L. Cal?ada及美國宇航局、美國噴氣推進實驗室、加州理工學(xué)院。

在地球上，磷化氫氣體（PH3）主要由厭氧微生物產(chǎn)生。對比之下，金星上20ppb（十億分之二十）濃度的磷化氫氣體的發(fā)現(xiàn)完全出乎意料。因為在這個據(jù)稱“并不宜居”的星球上，生命本不該存在，而且這種氣體按理也會被紫外輻射和巨量的硫酸云分解。所以，可能有某種東西出現(xiàn)并生成了磷化氫，但會是什么呢？

這項研究由卡迪夫大學(xué)天文學(xué)家簡·格里夫斯領(lǐng)導(dǎo)的團隊完成，不過他們對結(jié)果的分析有所保留：研究結(jié)果不能作為金星生命存在的證據(jù)。然而，他們也曾說過：磷化氫也許是由一些不為人知的化學(xué)過程或是生命體自身產(chǎn)生的。

金星過去并非天體生物學(xué)家的重點研究對象，因為這顆行星表面有著大約860℉（450℃）的高溫以及90倍于地球的地表氣壓。如果金星真有生命存在（聽起來仍是個很大膽的假設(shè)），我們將被迫重新考慮行星宜居性問題（包括太陽系內(nèi)及系外行星）。

上圖展示了金星大氣中微生物能夠存在的溫和大氣區(qū)（虛線包圍區(qū)域）。圖源：2020格里夫斯等人期刊論文

因為一些完全可以理解的原因，人們對金星的了解非常有限。過去，金星作為一顆離地球最近的行星，相比其他行星（尤其是火星），并不受重大科學(xué)任務(wù)的青睞。

一位宇航局發(fā)言人在郵件聲明中提到：“在過去的二十多年里，我們已經(jīng)取得了一系列發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)共同暗示著找到地外生命的可能性正顯著增加。正如逐漸增長的系外行星數(shù)量一樣，金星漸漸成為了一個熱門‘尋寶地’，即便由于它極端的高溫、強酸性的大氣和其它種種原因還未被視作尋找生命的重要之所?！?/p>

由于上文提到的一些原因，科學(xué)家們對金星地表地形、地質(zhì)學(xué)（包括地質(zhì)歷史）、構(gòu)造學(xué)及潛在的火山活動等信息都沒有一個整體的認識。宇航局局長吉姆·布里登斯?。ìF(xiàn)已辭職）昨天在推特上將金星磷化氫的發(fā)現(xiàn)稱為“迄今為止在地外生命搜尋方面最重大的進展”，并補充說“是時候‘進軍’金星了”。

的確，現(xiàn)在是開始研究金星的時候了。不過在我們發(fā)射探測器實地探測前，還是需要在地球上完成一些工作的。最首要的是，科學(xué)家們需要證認格里夫斯及其團隊使用夏威夷麥克斯韋望遠鏡及智利阿塔卡瑪大型毫米波天線陣收集到的光譜信號是否真的是磷化氫的特征信號。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分?？蒲腥藛T桑杰·利馬耶在一封郵件中提到：“當(dāng)前第一要務(wù)應(yīng)是在其它波段搜尋磷化氫以證實探測結(jié)果，同時嘗試繪制磷化氫的全球分布圖。事實上證認工作并不容易：磷化氫在紫外與紅外波段光譜強度相對較小，特征信號很容易被金星大氣中足量的化學(xué)物質(zhì)（二氧化碳、水蒸氣、硫酸等）遮蔽而很難被探測到?！?/p>

他還提到：“金星是一顆地內(nèi)行星，它在天空中的位置會始終靠近太陽，而受太陽較強輻射作用的影響，某些波段的地基觀測會很困難。不過很幸運，射電波段不會有這個問題。另外，除尋找生物特征性氣體外，科學(xué)家還應(yīng)該尋找金星大氣中明顯的對比特征并試著追蹤觀察它們的演化與化學(xué)特性?！?/p>

兩年前，利馬耶在他牽頭的一項研究中提出“暗斑”樣貌的對比特征可能是生命存在的信號，并認為金星大氣中可能存在微生物。這個當(dāng)時似乎有些古怪的想法，現(xiàn)在變得愈發(fā)合情理了。

不過，我們最終還是要發(fā)射探測器飛往金星的。關(guān)于探測器，美國宇航局在郵件聲明中分享了一些好消息：在宇航局“探索計劃”的四個候選任務(wù)中，“真相（VERITAS）”與“達芬奇家具（DAVINCI+）”兩個任務(wù)會直指金星。另外，宇航局也將與歐空局合作開展“預(yù)想（EnVision）”任務(wù)。由于金星離地球很近，我們或許可以采用一些更溫和的方式開展探測。

上圖為三個探測器的概念圖。左側(cè)為DAVINCI+，右上為VERITAS，右下為EnVision。 圖源：NASA/ESA

DAVINCI+（“金星深層大氣稀有氣體化學(xué)過程與成像探測”的英文縮寫）是一個能夠利用降落傘緩慢著陸金星的探測器。通過機載的系列設(shè)備，它能探測到多種氣體并繪制金星地表環(huán)境圖。而VERITAS（金星發(fā)射率，射電科學(xué)，合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)，地形學(xué)，光譜學(xué)的英文首字母簡稱）探測器將作為衛(wèi)星繞金星軌道運行。除了繪制金星的三維地形圖外，它還會收集溫度、重力場信息并進行遠程地質(zhì)觀測，同時利用質(zhì)譜儀載荷分析氣體的化學(xué)特征。EnVision作為一顆衛(wèi)星主要對金星進行地質(zhì)學(xué)研究，不過它“強悍”的探測器陣列足以支撐其作用于其他任務(wù)中。

這里還有一個私營企業(yè)可以考慮：由火箭實驗室創(chuàng)立者、百萬富翁彼得·貝克提出的探索金星計劃（你可能知道他們公司發(fā)射的閃爍“人類衛(wèi)星”——2018年發(fā)射升空的類似迪斯科球燈的東西）。在他的計劃下，一個載有多個設(shè)備的探測器將被送往金星大氣。在昨天的新聞發(fā)布會上，格里夫斯說她的團隊對與私營企業(yè)合作持友好態(tài)度。

上圖即為彼得貝克和他提出的“人類衛(wèi)星”合照，該設(shè)計像極了迪斯科廳的彩燈。圖源：Wikipedia

有一點要說明：以上這些探測計劃還未正式獲批，可金星一夜之間已成了“香餑餑”。

這些探測任務(wù)一旦開展，首要任務(wù)便是對離地面29~43英里（47~70千米）的金星云層采樣。利馬耶將這些探測任務(wù)視作是“必不可少的”一環(huán)。他提到：“通過對云層進行探測分析，科學(xué)家們將有能力發(fā)現(xiàn)包括磷化氫在內(nèi)的多種生物特征氣體（比如甲烷）。其他探測任務(wù)也將確定微生物所在云汽的物理、化學(xué)、生物特性，前提是微生物確實存在”。

利馬耶提道：“類似諾斯羅普·格魯曼公司‘金星大氣機動平臺（VAMP）’的半浮力平臺是該探測任務(wù)的理想選擇，因為它能夠輕松裝載顯微鏡、光譜儀及其它設(shè)備?！?/p>

上圖為一個能探測金星大氣的無人飛行器（VAMP）的藝術(shù)構(gòu)想圖。圖源：諾斯羅普·格魯曼公司

另一種探測金星大氣的可能方法是利用類似前蘇聯(lián)“維加”計劃中的氣球探測器。昨天的新聞發(fā)布會上，同為這項研究合伙人的麻省理工學(xué)院教授薩拉·西格爾也對這種探測方式給予了肯定。她提到：“或許某種‘維加’氣球的超級版本能夠在金星上持續(xù)工作一星期，一個月，甚至幾年時間”。西格爾認為氣球探測是目前已知最好的研究金星大氣的方式，這也與利馬耶的觀點不謀而合（盡管公平來講，氣球平臺與VAMP或BREEZE之類的飛行器相比可操控性更弱）。

上圖為前蘇聯(lián)“維加”計劃中釋放的氣球探測器示意圖，其在54km高度下工作了約46小時，此高度附近是生命可能存在的理論區(qū)域。圖源：俄羅斯聯(lián)邦航天局

兩人都認為在這類任務(wù)中，機載光譜儀的選擇將是十分關(guān)鍵的。

利馬耶認為：“如果磷化氫、二氧化硫及其他氣體與金星影像中云層對比特征相關(guān)的話，從紫外到毫米波段的多波段光譜觀測將可能描繪出它們的分布情況。”

正如利馬耶及其團隊在2018年發(fā)表的文章中提到的：“這種方法能告知科學(xué)家們可能生命形式與對比特征之間的聯(lián)系”。利馬耶說：“大氣探測的其它相關(guān)儀器也很重要，其中包括收集環(huán)境數(shù)據(jù)的氣象傳感器、研究行星大氣成分的化學(xué)傳感器、分析物理與生物信息的熒光成像顯微鏡以及能夠探測生物信號的其他傳感裝置。當(dāng)然，在軌道遙測方面，多光譜成像儀是很重要的。還有呢？哈你猜對了，還有光譜儀?！?/p>

除上述項目外，科學(xué)家們還需要找出何種生物或非生物的“臭味”化學(xué)過程可能在金星大氣中持續(xù)進行。在土星和木星上，磷化氫自然而然由非生物過程產(chǎn)生，而滿足該過程的條件在金星上卻未曾找到。不過正如最新研究提到的：科學(xué)家們可能忽略了一些事情。這時，能夠混合與匹配原子組合的計算機算法可能會有幫助。

同時，生物學(xué)家要弄清楚可能存在的嗜極微生物是如何能承受金星極端大氣環(huán)境的。人類并未在地球發(fā)現(xiàn)類似的生物，而正如格里夫斯在新聞發(fā)布會中的說明：“真正的挑戰(zhàn)是發(fā)現(xiàn)任何形式的能夠演化出適應(yīng)極端酸性環(huán)境的生命”。簡單講，在人類目前的認知中，這類生命形式在進化上或生物學(xué)上是不可能存在的。

的確，現(xiàn)在到了科學(xué)家們進行多學(xué)科交叉研究的時候。為完成任務(wù)，我們需要天文學(xué)家、工程師、天體生物學(xué)家、微生物學(xué)家、化學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、計算機科學(xué)家、行星科學(xué)家以及其他專家（比如，我們研究的這些微生物倫理性和安全性如何？我們該這樣做嗎？假若我們匆忙之中將地球上的細菌落在了金星上，“污染”了這顆星球，該怎么辦？這些都是需要專家考慮的事情）。當(dāng)然，所有收集的數(shù)據(jù)將被仔細檢查，并由科學(xué)家們反復(fù)處理研究以獲得最佳的結(jié)論。

上圖為NASA/OSMA（安全與任務(wù)保障部門）提供的“行星保衛(wèi)官”職位，有一定的專業(yè)要求和身份要求。圖源：USAJOBS

沒有人敢說發(fā)現(xiàn)地外生命會是迅速或容易的，不過考慮到微小外星生命“逗留”在我們眼前的可能性，是時候認真對待這場“捉迷藏游戲”了。