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金星存在外星生命嗎?接下來又將如何?

http://finance.sina.com   2020年09月16日 18:55   北京新浪網

美國國家航空航天局的“水手10號”探測器在1974年拍攝的金星圖片美國國家航空航天局的“水手10號”探測器在1974年拍攝的金星圖片

  新浪科技訊 北京時間9月17日消息,近日,研究人員在《自然-天文學》雜誌上發表論文稱,他們在金星的大氣層中發現了磷化氫(PH3),這種氣體被認爲是一種潛在的“生命跡象”。許多人都對這一消息感到震驚。這一發現無疑將重新喚起科學界對金星的興趣。那麼,對於這個距離我們最近的行星鄰居,未來會發生什麼呢?科學家又將如何確定金星的雲層中是否存在生命?

  磷化氫是一種易燃氣體,通常與沼澤臭氣和企鵝等動物的糞便聯繫在一起。通常而言,在搜尋地外生命時,磷化氫並不是天體生物學家關注的焦點。然而,這篇新論文的發表使情況發生了變化。

  磷化氫由1個磷原子外加3個氫原子組成,在地球上,該氣體主要是由能在缺氧環境中生長的微生物產生。考慮到金星的環境條件對生命而言過於惡劣,能在這個星球上發現大約20ppb的磷化氫簡直可以說是巨大的驚喜。理論上,由於大量的紫外線照射以及金星雲層中豐富的硫酸,磷化氫氣體應該早已被完全消除。金星上似乎有什麼東西在不斷產生磷化氫,會是什麼呢?

  英國卡迪夫大學的天文學家簡·格里夫斯是這項新研究的作者之一。他指出,分析結果有一定的限制,這項新研究也不能作爲金星上存在生命的證據。但研究人員也表示,磷化氫的確有可能是由某些未知的化學過程或生命本身產生的。

  金星並不是天體生物學家的主要目標,因爲其表面溫度在450攝氏度左右,大氣所施加的壓力是我們在地球上感受到的壓力的90倍。如果金星上真的有生命存在,那將迫使我們認真地重新思考行星的宜居性,無論是太陽系以內的行星,還是系外行星。

  儘管金星是離地球最近的行星,但天文學家對它卻知之甚少,這其中的部分原因也完全可以理解。歷史上,在制定成本高昂的科學任務時,金星一直不被認爲是一個很有吸引力的目標,而其他行星,比如火星,卻獲得了很高的關注。

  “在過去20年裏,我們取得了一些新發現,而這些新發現都意味着在其他星球發現生命的可能性大大增加,”美國國家航空航天局發言人在一份聲明中解釋道,“隨着行星體的數量越來越多,事實證明,金星是一個令人興奮的發現之地,儘管由於其極端溫度、大氣成分和其他因素,它一直不是尋找地外生命的重要組成部分。”

  因此,目前科學家對金星的表面地形、地質學(包括其地質歷史)、構造和潛在的火山活動都不完全瞭解。然而,在金星上發現磷化氫之後,NASA局長吉姆·布里登斯廷在社交媒體上表示,這是“在地球以外尋找生命存在證據方面最重要的進展”,並認爲“是時候優先考慮金星了”。

  在我們向金星發射新的探測器進行調查之前,地球上還有很多工作要做。首先,科學家需要確認這些磷化氫波長信號是否真實可靠。格里夫斯及其同事利用位於夏威夷的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡,以及智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列收集到了這些信號。

  “首先,應該在其他波長搜索磷化氫信號來確認檢測結果,同時也要繪製磷化氫在金星的全球分佈圖,”美國威斯康星大學麥迪遜分校的科學家桑傑·利馬耶解釋道,“這並不容易,因爲磷化氫在紫外和紅外波段的含量相對較少,其光譜特徵可能會被更豐富的化學物質的特徵所掩蓋,比如二氧化碳、水蒸氣、硫酸等等。”

  利馬耶表示,金星作爲一顆內行星,在天空中與太陽的距離永遠不會太遠,這使得在某些波長下的觀測變得困難。幸運的是,無線電觀測沒有這個問題。他指出,除了尋找特定的生物氣體,科學家還應該在金星的大氣中尋找可識別的反差特徵,並嘗試追蹤這些特徵的演變和化學性質。

  兩年前,利馬耶領導了一項研究,提出以暗斑形式出現的反差特徵可能是金星上生命存在的跡象,並認爲金星的大氣層可能有能力容納微生物。在當時,這似乎是一個古怪的想法,但在今天看來,情況似乎有了轉機。

  最終,科學家希望未來能向金星發射探測器。好消息是,正如NASA在聲明中所解釋的那樣,在該機構的“發現計劃”(Discovery Program)接下來的4個候選任務中,有兩個——VERITAS和DAVINCI+——都與金星有關。NASA的合作伙伴歐洲空間局(ESA)的“預想”(EnVision)任務也是如此。由於金星離地球很近,因此或許可以用更加溫和的方式進行探索。

  “DAVINCI+”是“Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus”(金星深層大氣惰性氣體、化學和成像探測+)的縮寫,其中的“+”指該任務的成像組件。這是一個帶有降落傘、可以緩慢降落到金星表面的探測器。利用所攜帶的各種儀器,DAVINCI+能探測多種氣體,並繪製金星的表面地圖。、

  “VERITAS”任務名稱來源於“金星輻射率”(Venus Emissivity)、“射電科學”(Radio Science)、“干涉雷達”(InSAR)、“地形學”(Topography)和“光譜學”(Spectroscopy)的首字母縮寫,其中包括一顆繞金星運行的衛星。除了繪製金星的三維地形圖,該探測器還將測量金星的溫度,並研究其重力場,進行一些遠程的地質研究,同時部署一個裝有質譜儀的探測器來探測化學特徵。

  歐空局的EnVision任務是一顆主要研究金星地質學的衛星,但鑑於其令人印象深刻的傳感器陣列,該探測器還可以用於許多其他任務。

  也有私營公司在考慮探索金星,比如由航天公司“火箭實驗室”(Rocket Lab)創始人、新西蘭工程師彼得·貝克提出的前往金星的任務。根據貝克的計劃,一個裝有多種儀器的探測器將被髮射到金星的大氣層中。在近日舉行的新聞發佈會上,格里夫斯表示她的團隊願意與私營公司合作。

  需要注意的是,這些任務都還沒有被批准,只是磷化氫的發現使金星在一夜之間吸引了無數人的目光。一旦這些探測器部署到位,科學家們應該可以對金星表面上方約47到70公里的雲層進行採樣。利馬耶稱這些調查是“必要的”。他解釋道,通過在雲層中進行測量,科學家“應該能夠發現任何重要生物氣體的存在,不僅僅是磷化氫,還有甲烷等氣體。”他認爲,另一項有用的任務是確定“微生物賴以生存的雲層液滴具有哪些物理、化學和生物特性”,當然,該任務的前提是微生物確實存在於金星雲層。

  利馬耶補充道,半浮式平臺,比如諾斯羅普·格魯曼公司的“金星大氣機動平臺”(VAMP),將是完成這項任務的理想場所,因爲平臺上可以配備顯微鏡、分光計和其他儀器。另一個選項是氣球,類似於20世紀80年代中期蘇聯的“維加計劃”(Vega program)任務。“我們希望能再次看到這樣的東西,”麻省理工學院的天體生物學家、這項新研究的合著者薩拉·西格爾在新聞發佈會上說,“也許就是那些Vega氣球的超級版本,可以持續運行一個星期至幾個月,甚至幾年,而不只是幾天。”

  西格爾將氣球描述爲研究金星大氣層的“絕佳方式”,其原因與利馬耶強調的一樣。不過,氣球的可操控性遠不如VAMP或類似的飛行器,比如一些科學家擬議的魟形滑翔機,稱爲“BREEZE”。

 一些科學家提出,可以用魟形滑翔機(稱爲“BREEZE”,想象圖)對金星的大氣層進行探測 一些科學家提出,可以用魟形滑翔機(稱爲“BREEZE”,想象圖)對金星的大氣層進行探測

  利馬耶和西格爾都表示,機載分光計對探索金星大氣層的任務至關重要。“利用分光計在不同波長(從紫外線到毫米波段)下工作,應該可以繪製磷化氫、二氧化硫和其他氣體的分佈圖,看看它們是否與金星圖像上的雲量反差特徵相關,”利馬耶解釋道。

  正如利馬耶及其同事在2018年的論文中指出的那樣,這些探測可以讓科學家瞭解金星大氣層中可能的生命形式與反差特徵之間的聯繫。他指出,大氣探測器的其他重要設備將包括用於收集環境數據的氣象傳感器、用於研究行星大氣成分的化學傳感器、用於進行物理和生物表徵的熒光成像顯微鏡,以及可以探測生物特徵的其他傳感器。對於金星的軌道衛星,利馬耶推薦使用多光譜成像照相機和分光計。

  除了這些項目,天文學家還需要弄清楚在金星的大氣層中可能存在着哪些奇怪的非生物或生物化學過程。在土星和木星上,磷化氫是通過非生物過程自然產生的,但在金星上沒有類似的情況。也許就像這項新研究表明的那樣,科學家有一些尚未考慮到的問題。能夠對原子組合進行混合和匹配的計算機算法可能會有所幫助。

  與此同時,生物學家還應該弄清楚極端微生物將如何能夠承受金星大氣中的惡劣條件。正如格里夫斯在新聞發佈會上解釋的那樣,“真正的挑戰是觀察是否有任何形式的生命能夠通過演化,適應這種難以置信的酸性環境”,因爲在地球上還沒有類似的環境。簡單來說,這種假想的生命形式實際上可能在演化或生物學上是不可能的。

  的確,現在是科學家們展開多學科合作的時候了,因爲這項工作需要天文學家、工程師、天體生物學家、微生物學家、化學家、地質學家、計算機科學家和行星科學家,以及其他專家的共同努力。另一方面,我們也需要考慮一些別的問題,比如研究這些微生物的倫理和安全考慮是什麼?如果在我們匆忙尋找生命的過程中,會不小心用地球上的細菌污染了金星,該怎麼辦?當然,所有的數據都必須經過仔細的審查、確認和驗證,科學家才能得出明確的結論。

  沒有人能說我們會很快找到地外生命,這一過程也並不容易,但鑑於就在距離我們最近的星球上可能就存在着一些微小的外星生物,或許是時候開始認真對待這一問題了。(任天)

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