9月13日晚上，一則關(guān)于“金星云層中發(fā)現(xiàn)生命跡象”的消息流傳開來。
9月14日，消息來源確認(rèn)，《自然·天文學(xué)》雜志發(fā)表了一篇題為《金星云層中的磷化氫氣體》的研究文章。文章表明科學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了金星云層中含有磷化氫。磷化氫在地球上是與生命有關(guān)的有毒氣體，這種氣體被認(rèn)為是潛在的生物信號，可以作為其他行星和天體上存在生命的證據(jù)。
地外生命這個神秘又經(jīng)久不衰的命題，也是現(xiàn)代科學(xué)研究的前沿。“我們在宇宙中是唯一的嗎?”在中國科學(xué)院國家天文臺研究員李菂看來，探索地外文明是自然科學(xué)研究的傳統(tǒng)之一，目的在于“幫助了解人類在宇宙中的位置”。此次發(fā)現(xiàn)使用的麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡(JCMT)位于美國夏威夷州，是目前世界最大的單體亞毫米波望遠(yuǎn)鏡。2015年2月，東亞天文臺正式接管JCMT的科學(xué)運(yùn)行與管理。中國科學(xué)院大科學(xué)中心是東亞天文臺的四個核心成員之一。“金星大氣中磷化氫的發(fā)現(xiàn)是中國科學(xué)院參與管理運(yùn)行的海外設(shè)備的重大科學(xué)成果。”李菂說。
并非生命存在的確切證據(jù)
一石激起千層浪，從科學(xué)家到普通民眾都為之興奮。但英國倫敦帝國理工學(xué)院天文物理學(xué)家戴維·克萊門茨(David Clements)的說法很謹(jǐn)慎：“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)還只是個間接證據(jù)，無法真的證明有生命存在，但是空氣中明顯飄散著堇青石(cordite)，這可能暗示著某種東西。”
磷化氫是什么?為什么它的發(fā)現(xiàn)會與生命聯(lián)系在一起?據(jù)清華大學(xué)高等研究院天體物理學(xué)博士生王卓驍介紹，磷化氫是一種化學(xué)活性非常強(qiáng)的無機(jī)物小分子，在地球富含氧氣的大氣環(huán)境中，很快會被氧化。如果把磷化氫的生成類比為推石頭上高山，則需要非常高效和專一的化學(xué)反應(yīng)，才能把石頭推到山頂，然而輕微的擾動就會讓石頭立刻掉落山下。所以生成磷化氫很難，而且消失太快難以察覺。
“因此，一旦我們觀察到磷化氫，就可以肯定那里一定存在高效且專一的相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，在持續(xù)產(chǎn)生磷化氫。然而具體是什么樣的化學(xué)反應(yīng)，我們還知之甚少，只知道這是生命活動的結(jié)果。”王卓驍表示，在沒有生命活動參與的自然環(huán)境中，目前還沒有可觀的磷化氫記錄。
研究人員對所有可能的非生命過程做了一個簡單的估算，發(fā)現(xiàn)估算結(jié)果并不足以解釋觀測結(jié)果。這說明磷化氫的來源至少有兩種，一種是有其他未知的非生命過程，這些過程釋放出了一定的磷化氫，另外一種是生命活動過程。
“天體生物學(xué)家傾向于把磷化氫當(dāng)作一種生命示蹤信號，認(rèn)為只有生命活動才會有這種高效的化學(xué)反應(yīng)，持續(xù)產(chǎn)生大量的磷化氫。”王卓驍表示，“在地球之外，其他未知的非生命化學(xué)反應(yīng)是否也能產(chǎn)生磷化氫，目前我們是不知道的。”所以研究人員表示磷化氫可能來源于金星上未知的光化學(xué)或地質(zhì)化學(xué)過程，也可能源于與地球相似的生命活動。
另外值得一提的是，金星的大氣成分主要是惰性的二氧化碳和硫酸等酸性氣體，與地球相比，磷化氫生成之后存在的時間會相對長一些。所以這次發(fā)現(xiàn)的意義，并非生命存在的確切證據(jù)，也可能是金星大氣中活躍的未知化學(xué)反應(yīng)的證據(jù)。
環(huán)境極端只是針對人類而言
金星被稱作“地獄行星”，地表溫度超過400攝氏度，連一些金屬都可以融化，氣壓是地球表面大氣壓的40倍，所以王卓驍提到，其地表是幾乎不可能存在生命的。但磷化氫被發(fā)現(xiàn)時的高度，是距離金星表面40到60千米的地方，可將其稱作“溫和區(qū)”，這里溫度下降到了50攝氏度到0攝氏度，氣壓也下降到1個地球大氣壓左右，所以如果存在生命活動，溫和區(qū)將是非常合適的選擇。“如果存在微生物，它們可能會懸浮在溫和區(qū)中，靠氣體凝結(jié)和氣化進(jìn)行上下移動，獲得不同的溫度，進(jìn)行不同的新陳代謝反應(yīng)。雖然金星大氣沒有氧氣，但至少對厭氧細(xì)菌來說不是問題。”王卓驍說。
“金星大氣的環(huán)境不是特別‘極端’。”李菂強(qiáng)調(diào)，極端的定義是針對人類而言的，其實(shí)地球生命也很多樣，比如地衣可以活一萬年，放在很低溫度、很少氧氣，甚至外太空環(huán)境都可以生存。他表示，“極端是相對的說法，需要有參照系。馬里亞納海溝的環(huán)境算得上極端，但那里也有沒有眼睛、無需陽光的生物在生活。高溫、低溫、有氧、無氧等極端環(huán)境依然可以有生命，我們尚不具備對生命形式的完整認(rèn)識。”
因此，金星以及其他天體環(huán)境是否可能孕育生命，與其強(qiáng)調(diào)環(huán)境的極端，不如探究哪些存在形式可以被定義為生命活動。
在李菂看來，這一發(fā)現(xiàn)真正的價值有待后續(xù)研究。一方面，如何對這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解釋值得進(jìn)一步檢驗(yàn)，無論金星大氣、火星表面還是深空，有沒有其他生命過程相關(guān)的成分都值得進(jìn)一步探索;另一方面，人類還是要繼續(xù)進(jìn)行深空探測，因?yàn)樽罱K還是要看到那個“生命體”。
深空探測才能獲得直接證據(jù)
如何才算找到了生命信號?據(jù)王卓驍介紹，關(guān)于生命示蹤信號，從化學(xué)活性的角度來看，氧分子是最好的信號。地球上有了遍布的植物才產(chǎn)生了大量的氧氣，可以估算出如果沒有植物的持續(xù)供給，地球上的氧氣在百萬年內(nèi)將全部固化到巖石中。所以只要看到其他星球上有氧分子的信號，就可以肯定存在與地球類似的植物生命。
另外水分子也是一個關(guān)鍵的示蹤信號。都說“水是生命之源”，具體來說，生命體中幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)，都是在溶液中進(jìn)行的。例如我們體內(nèi)的細(xì)胞環(huán)境即是一個液態(tài)環(huán)境，溶液中分子可以充分地接觸進(jìn)而發(fā)生反應(yīng)。如果有地下溫泉，這更是一個良好的信號了，例如“卡西尼號”探測器看到土衛(wèi)二噴出的熱泉。地球上的生命被我們概括為“碳基生命”，由碳原子組成的有機(jī)物分子，構(gòu)成了生命的基本單元，所以有機(jī)物分子也是很好的示蹤信號，同樣由“卡西尼號”探測器，在土衛(wèi)二噴出的熱泉中識別到了大量的有機(jī)物分子。
中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授崔峻表示，因?yàn)榈厍蛏弦话愣际翘蓟?，所以在地外生命探索中，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄊ欠治鎏纪凰氐谋?，即?2和碳13的比值。這是因?yàn)榉巧锍梢虻奶纪凰乇群蜕锍梢虻奶纪凰乇炔顒e很大，可以通過這個比值來判斷是否存在生命活動。
“磷化氫比甲烷的化學(xué)活性強(qiáng)很多，即便能夠確定金星上存在磷化氫，這也僅是生命存在的間接證據(jù)，也可能是非生命過程產(chǎn)生的，我們無法判斷其是否是由非生命過程產(chǎn)生的。只有向金星發(fā)送探測器，在大氣層中磷化氫存在的位置實(shí)地檢測到微生物，才可以說金星存在生命。”王卓驍說，所以即便在火星看到液態(tài)水的痕跡，看到地下湖泊，看到甲烷存在的信號，都只能屬于間接證據(jù)，只有“好奇號”或其他火星車采樣到生命存在的直接證據(jù)，才能確認(rèn)火星存在生命。
對于金星，目前還沒有明確的科學(xué)任務(wù)入軌或著陸，但磷化氫的發(fā)現(xiàn)無疑會推動金星探測任務(wù)的發(fā)展，未來我們應(yīng)該會看到探測器在金星大氣中作業(yè)，屆時便能確定金星上是否存在生命。
