本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
当一组研究人员报告在金星大气中发现了磷化氢 ， 接下来科学家如何确认或否认金星云中存在生命 。
图解：金星, 美国宇航局水手10号探测器于1974年拍摄 ， 图源：NASA/JPL-Caltech
昨天 ， 我们被一则信息炸开：一个研究小组报告说 ， 在金星的大气中发现了磷化氢 ， 这是一个一个潜在的生命迹象 。 这一发现将重新激发科学界对我们行星邻居的兴趣 。 以下是接下来将会发生的事情 ， 以及科学家们如何证实或否认金星云层中生命的存在的迹象 。
磷化氢是一种通常存在于臭沼泽和企鹅粪便有关的可燃气体 ， 但天体生物学家们在不断寻找外星生命的过程中往往并不倾于在研究中关注这种气体 。 这种情况在昨天发生了改变 ， 这是由于一篇新的论文宣布在金星大气层中发现了磷化氢 。
在地球上 ， 这种气体（一个磷原子伴随着三个氢原子）主要是由能够在缺氧环境中茁壮成长的微生物产生的 。 在金星上发现十亿分之二十左右的磷化氢是非常令人吃惊的 ， 即使这远比地球上少的多 ， 但因为在这个星球上不应该有生命存在 ， 而且这种气体应该被紫外线辐射和金星云层中大量的硫酸所杀死了 。 似乎有什么东西在金星上出现 ， 并产生了磷化氢 ， 但是是什么呢？
这项新研究的作者在由卡迪夫大学天文学家简·格里夫斯领导的项目分析时显得十分克制 ， 他们说 ， 这项新的研究并不是金星上生命的证据 。 但他们也确实表示 ， 磷化氢很可能是由一些未知的化学过程或生命本身产生的 。
金星一直不是天体生物学家的这要目标 ， 因为这颗行星的表面温度高达860华氏度(450摄氏度)左右 ， 其空气压力是我们在地球上的90倍 。 如果金星上真的存在生命（这还是一个很大的如果）它将迫使我们对太阳系内外的行星宜居性进行认真的重新思考 。
出于可以理解的原因 ， 尽管金星它是离地球最近的行星 ， 但人们对它的了解却非常少 。 从历史上看 ， 它一直是不受欢迎的研究目标 ， 或许是因为一次科学飞行任务十分的昂贵 ， 而其他行星 ， 即火星 ， 则得到了很多关注 。
"在过去的20年里 ， 我们有了新的发现 ， 这些发现表明着在其他地方发现生命的可能性大大增加 ， "美国宇航局发言人在一份电子邮件声明中解释说 。 "与越来越多的行星一样 ， 金星也是一个令人激动的行星了 ， 尽管由于其极端的温度、大气成分和其他因素 ， 金星一直没有成为寻找生命的重要行星 。
相应地 ， 科学家对金星的表面地形、地质（包括其地质历史）、构造和潜在的火山活动都有不完全的了解 。 不过 ， 在金星上发现磷化氢是 "迄今为止在地球外的产生生命理由方面最重要的进展" ， 美国宇航局管理员吉姆·布里登斯廷在昨天放出的一条推文中补充说："现在是优先考虑金星的时候了 。 "
的确 ， 是时候对金星进行科学考察了 。 然而在我们派遣探测器进行调查之前 ， 地球上还有很多工作要做 。 首先 ， 科学家们需要确认格里夫斯和她的同事们用夏威夷的麦克斯韦望远镜
和智利的阿塔卡马大型毫米[/亚毫米]波阵收集到的磷化氢波长信号 。
"首要任务应该是通过搜索其他波长的磷化氢来确认检测结果 ， 同时也要尝试绘制磷化氢的全球分布图 ， "威斯康星大学麦迪逊分校的科学家姗际涯·利玛雅在一封电子邮件中解释道 。 "这并不容易 ， 因为紫外线和红外线波长的丰度相对较小 ， 所以磷化氢的光谱特征可能会被二氧化碳、水蒸气、硫酸等更丰富的化学物质的特征所掩盖 。 "
利马耶说 ， 金星作为一颗内行星 ， 在天空中与太阳的距离永远不会太远 ， 这使得在某些波长下的观测变得困难 。 他指出 ， 值得庆幸的是 ， 无线电观测不存在这个问题 。 他说 ， 除了寻找生物特异性气体外 ， 科学家还应该在金星大气中寻找可辨别的对比特征 ， 并尝试追踪这些特征的演变和化学性质 。
两年前 ， 利马耶领导了一项研究讨论了关于暗色斑点形式的对比特征可能是金星上生命的标志问题 ， 金星大气层可能能够产生微生物 。 这在当时看来是个古怪的想法 。 但在今天就不那么古怪了 。
最终 ， 我们会想要向金星发送探测器 。 正如美国宇航局在电子邮件声明中所解释的那样 ， 好消息是 ， 美国宇航局未来发现计划四项中的两项候选任务—VERITAS（甚高能辐射成像望远镜阵？）和DAVINCI+--都集中在金星上 ， 欧洲航天局的EnVision任务也是如此 ， 美国宇航局是其合作伙伴 。 金星由于距离很近 ， 也可以用较小的飞行任务进行探索 。
图解：Envision 计划 图源：envisionvenus
DAVINCI+是金星深层大气调查稀有气体、化学成分与成像的缩写 ， 是一个探测器 ， 它将随着降落伞慢慢下降到金星表面 。 凭借其一套机载仪器 ， 该探测器将嗅出各种气体 ， 并绘制表面地图 。 VERITAS是金星发射率、无线电科学、InSAR、地形图和光谱学的缩写 ， 涉及一颗围绕金星运行的卫星 。 除了创建该星球的三维地形图外 ， 该探测器还将测量金星的温度 ， 研究金星的引力场 ， 进行一些远程地质学研究 ， 并部署一个配备质谱仪的探测器来探测化学特征 。 EnVision是一颗主要研究该行星地质的卫星 ， 但鉴于其令人印象深刻的传感器阵列 ， 该探测器可用于许多其他任务 。
图解：DAVINCI+ 的概念图像 ， 它正下降到金星表面 图源：NASA/GSFC
还有一些私营部门也可以考虑 ， 即火箭实验室创始人、百万富翁彼得·贝克提出的金星任务（你可能还记得他那颗于2018年发射进入轨道的迪斯科球状物体"人类之星"） 。 根据贝克的计划 ， 一个装有多种仪器的探测器将被送入金星的大气层 。 在昨天举行的新闻发布会上 ， 格里夫斯表示 ， 她的团队对与私营部门合作持开放态度 。
图解：“人类之星“ 。图源：火箭实验室 。
需要说明的是 ， 这些任务都没有得到批准 ， 但金星一夜之间变得相当性感且热门 。
一旦部署了这些或其他探测器 ， 科学家们就应该对云层进行采样 ， 云层距离地表约29至43英里（47至70公里） 。 利马耶将这些调查描述为 "必不可少" 。 他解释说 ， 通过在云层中进行测量 ， 科学家 "应该能够发现任何存在的气体 ， 不仅是磷化氢 ， 而且还有其他具有生物意义的气体 ， 例如甲烷" 。 另一项有用的任务是确定 "云滴的物理、化学和生物特性 ， 因为微生物可以在其中生存 ， "他说 ， 当然 ， 假设金星上确实存在微生物 。
利马耶说 ， 像诺斯罗普格鲁曼公司的VAMP这样的半浮力平台将是完成这一任务的理想选择 ， 因为它可以配备显微镜、光谱仪和其他仪器 。
图解：VAMP的概念图 ， 金星大气机动平台(VAMP)飞行器(AV)是一种在金星大气层中飞行的半浮力、机动、太阳能飞行器的无弹高超声速进入飞行器 。图源：northropgrumman
另一种可能性是类似于上世纪80年代中期苏联织女星任务的气球 。 这是 "我们希望看到的那种事情再次发生 ， "来自麻省理工学院的天体生物学家、新研究的共同作者萨拉·西格在昨天举行的新闻发布会上说 。 "也许织女星气球的超级版本 ， 不是持续几天 ， 而是可以持续一周 ， 几个月 ， 甚至几年 ， "她说 。 西格将织女星气球描述为 "是研究金星大气的最佳方式" ， 原因与利马耶所强调的相同：公平地说 ， 织女星气球的机动性将远远低于VAMP或类似的航空器 ， 比如那些拟议的名为BREEZE的黄貂鱼形滑翔机 。
图解：艺术家对BREEZE的概念图 。 图源:布法罗大学CRASH实验室
利马耶和西格都表示 ， 机载光谱仪对这样的任务至关重要 。
利马耶解释说"从紫外线到毫米波的不同波长工作的光谱仪可以绘制出磷化氢、二氧化硫和其他气体的分布图 ， 以确定它们是否与金星图像中看到的云层对比特征相关 。 "
正如利马耶和他的同事在2018年的论文中提出的那样 ， 这可以让科学家了解到生命可能的形式和对比特征之间的联系 。 他说 ， 大气探测器的其他重要仪器将包括用于收集环境数据的气象传感器 ， 用于研究行星大气成分的化学传感器 ， 用于进行物理和生物特征描述的荧光成像显微镜 ， 以及其他可以检测生物特征的传感器 。 对于金星轨道器 ， 利马耶建议使用多光谱成像相机 ， 你猜对了 ， 还有光谱仪 。
除了这些项目外 ， 科学家们需要弄清楚金星大气层中可能会发生什么样有趣的非生物或生物化学反应 。 土星和木星上的磷化氢是通过非生物过程自然产生的 ， 但金星上没有类似的条件 。 也许有一些东西是科学家没有考虑到的 ， 正如新的研究所建议的那样 。 计算机算法能够对混合和匹配原子组合可能会有所帮助 。
同时 ， 生物学家应该弄清楚极端微生物如何能够承受金星大气中的恶劣条件 。 正如格里夫斯在新闻发布会上所解释的那样 ， "真正的挑战是：是否有生命可以进化到适应这令人难以置信的酸性环境" ， 因为地球上没有任何类似的东西可以 。 简单地说 ， 在进化上或生物学上这种生命形式实际上是不可能存在的 。
事实上 ， 现在是科学家们进行多学科研究的时候了 ， 因为这项工作需要天文学家、工程师、天体生物学家、微生物学家、化学家、地质学家、计算机科学家和行星科学家 ， 以及其他专家（比如 ， 研究这些微生物 ， 如果它们存在 ， 有什么伦理和安全问题？如果我们在急于寻找生命的过程中 ， 不小心用我们地球上的细菌污染了金星怎么办？） 。 )当然 ， 所有得到的数据都要经过仔细的检查、确认和复制 ， 科学家才能做出明确的结论 。
没人说过我们会很快很容易的找到外星生命 ， 但随着微观外星人可能在我们家门口徘徊 ， 是时候认真地提高我们的游戏水平了 。
作者: George Dvorsky
FY: 秋白
如有相关内容侵权 ， 请于三十日以内联系作者删除
【金星|既然金星是外星生命的候选者，下一步该怎么办？】转载还请取得授权 ， 并注意保持完整性和注明出处
推荐阅读
- 星链|石豪：在太空，马斯克和美国当局是如何作恶的
- 快报|“他，是能成就导师的学生”
- 年轻人|人生缺少的不是运气，而是少了这些高质量订阅号
- 生活|气笑了，这APP的年度报告是在嘲讽我吧
- Samsung|新渲染揭示Galaxy S22 Ultra几乎就是Galaxy Note复刻版
- ASUS|华硕预热ROG Flow Z13：称其是“全球最强悍的游戏平板”
- 视点·观察|科技巨头纷纷发力元宇宙：这是否是所有人的未来？
- 数字货币|2021年加密货币市场盘点：比特币仍是霸主，NFT进入大众视野
- 视点·观察|科技行业都在谈论“元宇宙”，可是它还不存在
- 王者|布局手术机器人赛道，谁是王者？ | A股2022投资策略⑩