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，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，因為最終還是要看到那個“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，因為地球上一般都是碳基生命，所以在地外生命探索中，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄊ欠治鎏纪凰氐谋龋刺?2和碳13的比值。這是因為非生物成因的碳同位素比和生物成因的碳同位素比差別很大，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。
