新的假设,解释了持续数十年的异常现象

金星上是否存在生命?

这是去年的一个热门话题。当时,科学家在金星的云层中检测到了磷化氢(PH₃)。在地球上,磷化氢是一种主要通过生物相互作用而产生的气体,因此这一发现让科学家开始思考金星上存在生命的可能性。然而自公布以来,这个发现就引发了广泛的争议。

金星是距离地球最近的一颗行星,然而,与生机勃勃的地球截然相反的是,这颗近邻的星球却是一片焦灼且令人窒息的荒原。它的表面温度高到足以将铅融化;它的大气层中充满了厚厚的二氧化碳;就连云层也同样对我们所知的生命充满敌意——整颗星球都被足以灼伤人类皮肤的硫酸液滴所覆盖。

如此来看,金星实在不像一个适宜生命居住的世界。尽管如此,磷化氢的发现就像一把钥匙,打开了探索金星上的生命可能性的新窗口,让一些研究金星的科学家受到启发。

最近,一项新的研究就支持了一个长期存在的观点,那就是如果金星有生命存在,那么它们可能会存在于金星的云层中。这些生命可以通过一种化学途径,中和金星云层中的酸性环境,在云层中创造出一个可自我维持的生存空间。

这项新的结果被发表在了近期的《美国国家科学院院刊》上。

在这项新研究中,研究人员通过梳理过去前往金星的天文任务数据,发现了金星云层中的一些异常现象,比如浓度很低的氧气,非球形的硫酸液滴颗粒,以及出乎意料的水蒸气和二氧化硫含量等等。几十年来,这些现象一直没能得到解释,而其中最令人费解的,就是(NH₃)的存在。

氨最早于20世纪70年代在金星上被探测到。当时,金星8号和先驱者金星号探测器曾在金星云层中初步探测到了这种气体。自那之后,氨的存在就成了与金星有关的一个未解之谜。因为金星上的任何已知化学过程,都不应该能够产生氨气。

剑桥大学的天体化学家Paul Rimmer是新研究的作者之一。他曾猜测,或许我们可以用尘埃来解释金星上的这些异常现象。从金星表面扫到云层中的矿物质或许会与硫酸发生相互作用,产生一部分已被观测到的异常现象。他给出了可论证这种假设的化学原理,却发现这在物理上是不可行的:若要产生观测到的异常现象,必须要有大量的灰尘进入云层才行。

麻省理工学院的行星科学家Sara Seager是这项研究的另一位合著者,她想知道这些异常现象是否可以被氨解释。

氨是一种含有氢的分子,然而在金星周围,只存在很少量的氢。那么金星上的氨的来源究竟是什么?他们提出了一个新的假设,那就是这些氨来自于金星上的生命,而非闪电或火山爆发等非生物来源

这种假设能否解释金星云层中的异常现象?为了寻找答案,他们模拟了一系列化学过程。

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 艺术构想图:存在于金星大气云层中的生物圈。在这张图中,假想的微生物生活在金星云层的保护性云粒子中,它们随风飘散到金星各处。| 图片来源:J. Petkowska via MIT News

模拟结果表明,如果生命以最有效的方式产生氨,那么相关的化学反应就会自然地产生氧气;而一旦氨出现在云层中,它就会溶解在硫酸液滴中,有效地中和硫酸,使液滴变得相对宜居;另外,进入到液滴中的氨会使液滴原本的球形形态变成一种非球形的盐状浆液。一旦氨溶解在硫酸中,还会引发周围的二氧化硫的溶解。

因此,氨气的存在确实可以解释在金星云层中看到的大多数主要异常现象。而如闪电、火山爆发、甚至是陨石撞击等原因,都无法从化学角度产生足以解释这些异常现象的氨。新研究的模型对金星大气中的气体丰富程度的预测,比以往任何模型与观测结果的吻合程度都更高,而且很容易验证。

金星有着难以置信的、无法解释的大气异常现象,这些现象为生命的可能性留下了空间。新的研究为金星大气中云层的化学性质提供了一个变革性的假设,它表明虽然我们所知道的任何生命都无法在金星的液滴中生存,但那里也许有一些生命正在改变其环境,使其变得宜居。

此外,研究所提出的假设调和了几十年来的大气异常现象,而且这种假设最终是可以被检验的。新研究为即将在未来几年展开的一些金星生命探测计划提供了一份化学特征清单,供它们在金星的云层中探查氨的存在以及生命的迹象,证实或推翻这一新的想法。

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