金星上存在生命的可能性

生命已经将我们的星球改变到如此程度，以至于其影响从太空中都可以看到。而且不仅仅是从近地轨道。即使在数光年之外，数十万亿公里之外，生命存在的迹象也清晰可见。如果其他恒星上出现了智慧文明，那么地球上生命的迹象应该早已一目了然。

这些迹象被称为生物标志物。地球大气层含有高浓度的氧气和臭氧，这些高度活性的分子，如果它们是太阳系形成后的残余物，早就应该与其他化合物发生反应并消失了。然而，它们的存在表明地球表面有什么东西在大量产生它们。甲烷也是如此，它在阳光下很容易分解。

另一种是磷化氢，一种有毒、易燃的气体，有大蒜或腐烂鱼类的特殊气味。磷化氢非常活泼，因此只能存活很短的时间。其在大气中每万亿分之几的浓度表明它必须被持续产生，在这种情况下是由厌氧细菌产生的。

这就是为什么本周关于在金星大气中发现磷化氢（浓度为十亿分之几）的消息成为了头条新闻。卡迪夫大学的简·格里夫斯（Jane Greaves）及其同事表示，在金星上，已知的地球化学或光化学过程无法产生磷化氢。这增加了生物过程可能对此负责的可能性。

“即使存在十亿分之几的磷化氢也是完全出乎意料的，”他们说。这突然让金星变得更加有趣，并提高了未来任务规划的风险。

行星际任务

有趣的是，金星和地球并非是大气中含有磷化氢的唯一行星。本世纪初，卡西尼号探测器在木星和土星的上层大气中发现了磷化氢。

在这些情况下，这种气体是在这些行星大气深处大量产生的，那里的温度远高于1100开尔文。然后，它通过上升流和对流泄漏到上层大气，在那里它被阳光和其他化学过程迅速分解。

因此，一个重要的问题是，类似的过程是否可能在金星上产生了磷化氢。格里夫斯等人详细研究了这个问题，他们认为，金星上的温度——仅仅740开尔文——不足以产生与气态巨行星相同的化学途径。

事实上，该团队考虑了在广泛的条件下，形成该气体的多种化学途径。“我们发现，即使考虑到在数千种条件下，涉及约75种相关反应，PH3的形成也不受欢迎，无论考虑任何可能的金星大气、地表或地下性质，”他们说。

这就得出了一个不可避免的结论。金星上的磷化氢必须是由某种未知过程产生的。当然，这个过程可能完全普通，也许是由地球化学家未知的方式催化的。

但它也增加了更奇特解释的可能性。许多参与此次发现的团队成员长期以来一直将磷化氢作为生物标志物进行研究。在去年发表的一篇论文中，他们写道：“我们发现，如果在温带系外行星的大气中检测到磷化氢，它将是一个有希望的生命标志物。”

那么，金星上产生的磷化氢有多少呢？考虑到测得的十亿分之几的浓度，关键因素是它在大气中能持续多久。

该团队表示，在80公里（50英里）以上的高度，磷化氢很可能在几分钟内因阳光驱动的反应而被分解。在低海拔地区，分解的主要方式是热。

但在50公里（31英里）处，金星大气相对宜人，因此磷化氢很可能集中在那里。“因此，磷化氢在大气中的寿命不超过1000年，要么是因为它被更快地破坏，要么是因为它被输送到一个被快速破坏的区域，”他们总结道。

这意味着，磷化氢的产生速率必须是每平方厘米每秒数百万个分子。

那么，什么样的过程可以做到这一点？一种可能性是火山活动，它可以将磷注入大气。但格里夫斯等人表示，只有当金星的火山活动比地球高200倍时才可能，而它似乎并非如此。

闪电可以产生制造磷化氢的必要条件，但大气活动不足以做到这一点，差了好几个数量级。而且，每年陨石撞击会将数吨磷带入大气层，但这远远不足以解释观测到的磷化氢水平。

宜居带

生命，当然是最后的解释。这必须是一个在温带高度的空中生态系统。“中纬度哈德里环流单元提供最稳定的生命环境，环流时间为70-90天，”研究人员说。

这仍然需要一些解释。金星大气层具有高度的酸性。所以任何形式的生命都需要以某种方式应对这一点，也许被一层坚韧的保护层覆盖，或者也许能够利用这种酸性。有许多未解之谜。

这使得金星成为未来探测更重要的目标。美国和俄罗斯已经制定了在2026年或2027年向该行星发射着陆器和轨道器的计划。欧洲航天局提议在2032年进行访问。印度空间研究组织也计划在2023年进行一次任务。

寻找生命的可能将是这些任务的重要驱动力，但还有一个更紧迫的原因要去。行星地质学家最近得出结论，金星表面可能在数十亿年的时间里支持过液态水，或许直到7亿年前。随后，它经历了一场灾难性的温室效应，导致其表面温度高到足以熔化铅。

了解问题出在哪里，对于防止地球上发生类似灾难至关重要。这才是NASA、ESA和其他航天机构必须紧急关注金星的真正原因。我们没有时间可以浪费了。

参考文献： 金星云层中的磷化氢气体 arxiv.org/abs/2009.06593 磷化氢作为系外行星大气中的生物标志物气体 arxiv.org/abs/1910.05224