金星上可能存在生命
金星與磷化氫分子（圖片來源：ESO/M. Kornmesser/L. Cal?ada & NASA/JPL-Caltech）
金星上存在生命？這個如同天方夜譚的想法，卻在一項發表於《自然-天文學》的研究中被嚴肅討論了。研究團隊在兩次天文觀測中，都從金星大氣中發現了生物標記——磷化氫。研究者認為，目前有兩種可能的解釋：存在某種我們從未了解過的化學反應，或是金星大氣層中的生命造就了這些氣體。
撰文 | 吳非
從月球、火星再到系外行星，人類對於地外生命的幻想與科學探索，正向著無盡的宇宙深處延伸。但對於比我們更靠近太陽的近鄰——金星，人類始終未曾抱有太大的幻想。畢竟，絕大多數生命需要在適宜的溫度下才能生存，因此我們往往將搜索的目標設定為宜居帶；而金星在太陽的炙烤下，表面溫度可以達到500℃，並且極度乾燥，濃厚的大氣層除了二氧化碳，還含有相當多的硫酸雲。無論從哪個角度看，金星都像是一個煉獄，而不是生命的家園。
不過，在金星的大氣層中，也隱藏著一片環境相對溫和的狹小區域——在距離金星表面大約50~60千米高的大氣中，壓力條件與地球表面相似，溫度也在0~50℃之間。儘管仍有強酸性的硫酸雲，但在地球上，人們已經找到了能忍耐此般生存環境的微生物。因此，一個合理的猜想是：如果金星上的確存在生命，那麼它只可能生活在這層特殊的大氣中。
生物標記
如何為金星生命的猜想找到依據？在探測器深入金星大氣層之前，直接捕捉到生命的影像甚至是本尊，顯然不切實際。因此，研究人員可以使用的武器就成了生物標記（biosignature）。這類分子可以由生物體的代謝等活動產生，並且非生命過程都無法製備。此前的研究指出，在岩質行星中，這個故事的主角——磷化氫（PH3）就屬於一種生物標記。
磷化氫是一種散發著大蒜和腐魚氣味的有毒氣體。當然，你應該沒有機會聞過它的味道——如果你聞見了，這時你的肺部等器官大概率已經受到損害了。在地球上，磷化氫存在於大氣中，但含量極低。它的兩種來源——無論是作為厭氧生物代謝活動的副產物，還是人類的工業生產，都與生物相關。如果地球上不存在生命，無論是普通的地質過程，還是大氣反應，都不足以產生磷化氫。
不過，對於巨大的氣態行星，情況卻不太一樣。木星和土星內部極高的溫度，正是適合生產磷化氫的條件。因而在此之前，科學家在木星和土星中已經檢測到磷化氫，卻沒有感到意外。
而金星正是一顆岩質行星。根據計算，其內部不存在木星與土星那樣的磷化氫來源。而且磷傾向於與氧結合，在主要為二氧化碳的金星大氣中，磷通常會與其反應，而不是形成還原態的磷化氫。然而，《自然-天文學》的一項最新研究報道了意料之外的發現：在金星的大氣層中，出現了「濃度異常高」的磷化氫。
兩次觀測
領導這項研究的，是英國卡迪夫大學的射電天文學家Jane Greaves。2017年，她帶領團隊利用夏威夷的麥克斯韋望遠鏡（JCMT），對金星大氣層進行了5天的觀測。事實上，Greaves並沒有太過在意這次行動，她作出這個決定也只是因為金星的觀測很方便，甚至在觀測完成後，數據一度被擱置一年多，才被她重新想起來。但當Greaves重新拾起數據進行處理時，卻看到了令她眼前一亮的光譜信號。
JCMT望遠鏡（圖片來源：Will Montgomerie/EAO/JCMT）
不同的分子會吸收光譜中各不相同的特定部分，因此每個分子都有一套光譜「指紋」——通過觀察光譜吸收線，就能查明有哪些分子存在。在這些數據中，Greaves找到了磷化氫的信號。
這時，Greaves尚不敢立即寫論文宣布這一結果。對於如此顛覆性的結論，她希望用更多的觀測進行驗證。於是，她找到了專門研究磷化氫的麻省理工學院分子天體物理學家Clara Sousa-Silva等人組成團隊，並在2019年使用更強大的阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）做了重複觀測。
結果，ALMA的觀測不僅證實了此前的結果，還發現了關於磷化氫的更多細節，例如磷化氫在金星的中緯度地區濃度更高，這可能與金星的大氣環流有關。結合兩台望遠鏡的光譜數據，研究團隊算出，金星大氣層中磷化氫的濃度為20 ppb（即10億個分子中，有20個磷化氫分子）。雖然數值看似不值一提，但對於這樣一種極為罕見的氣體，這個濃度已經是地球大氣層中磷化氫濃度的1000~100萬倍。
圖中黃色和紅色折線，分別為2017和2019年觀測得到的光譜信號
來自生命？
問題很明顯了——這些磷化氫是怎麼來的？在現階段，科學家沒有辦法直接證實是生命活動產生了這些氣體。因此研究團隊能做的，就是找到所有可以分析的可能性，然後逐一驗證。為此，他們考慮了火山活動、閃電甚至是隕石撞擊等非生命過程，根據模型，這些過程有可能生成少量磷化氫，但與觀測到的濃度相比，都至少差了4個數量級。
當所有錯誤的選項被排除，剩下的即使看似不可能，但也更接近真相。在這個問題上，排除掉上述過程後，作者認為，還存在兩種可能性：其一，儘管已經盡量考慮了所有可能的非生物過程，但在金星上，還存在某種此前未曾知曉的地球化學或光化學過程；而另一種可能性，就是金星上有生命活動。
研究推測，如果金星上的生命活動相當於地球微生物活動的10%，那麼20 ppb的磷化氫濃度是有可能達到的。
我們可以想像這樣一幅金星生物畫卷。NASA此前的模擬研究提出，金星早期的氣候十分溫和，這裡甚至存在廣闊的液態水海洋。這樣的溫潤環境，可能孕育出某些簡單的金星生命。而另一項研究認為，是大規模的火山噴發讓金星演變為今天這樣的生命禁地。隨著金星環境的惡化，金星生命的棲息地不斷縮退，最終只有在大氣層的宜居區域中生存。
圖片來源：ESO/M. Kornmesser & NASA/JPL/Caltech
當然，這樣的場景還存在一些有待解決的問題。如果以地球上的微生物作類比，它們雖然也可以出現在大氣層中，但畢竟不能在大氣層中完成整個生命周期，還需要降落回地表；但金星表面太過於炎熱，實在是無法生存。因此金星生命可能有著與地球生命不同的形式，只是我們還不曾了解。
看到這裡，相信你也意識到：僅憑現有的證據，要證實（或證偽）金星生命還為時過早。而且，磷化氫是否如研究者認為的那樣，可以成為指向生命活動的標記，也有待更多研究論證。該論文的多位作者也表示，這項研究只是提出了兩種可能性。而要進一步限制磷化氫的來源，對金星的深入探索不可或缺。
Greaves表示，她希望這項研究能夠喚起科學界對於金星探索的關注。目前，已經有幾個正在籌備的金星探測計劃。例如，俄羅斯的Venera-D任務（包括一個軌道器和一個著陸器）計劃最早將在2026年飛向金星，歐洲航天局的遠景號（EnVision）金星探測器也計劃在本世紀30年代抵達金星。而NASA也正在考慮金星探測計劃的細節，其計劃有望穿越金星大氣層，從而獲取第一手的數據。在那時，關於金星的物理、化學乃至生物，我們將獲得全新的認識。
原始論文：
Phosphine gas in the cloud decks of Venus
https://doi.org/10.1038/s41550-020-1174-4
參考鏈接：
https://news.mit.edu/2020/life-venus-phosphine-0914
https://www.scientificamerican.com/article/venus-might-host-life-new-discovery-suggests/
https://www.space.com/venus-clouds-possible-life-chemical-discovery.html
