金星上发现磷化氢到底意味着什么?下一步科学家研究方向在哪?

金星上发现磷化氢,那么磷化氢为何物?在金星上发现有何意义?下一步科学家的研究方向在哪里?天文大事件一一为你解读。
 
北京时间2020年9月14日晚上11点,英国皇家天文学会召开新闻发布会,来自英国和美国的19位天文学家和14家科研机构发布了一项重大天文学发现。
 
 

他们这群人发现了什么呢?

 
他们用夏威夷和智利的大口径射电望远镜,发现了金星的大气层中存在一种化学物质,名字叫磷化氢,写出来是PH3,每个磷化氢分子都包括1个磷原子+3个氢原子,组成一个很像小金子塔形状的结构。
 
正常情况下,磷化氢是一种无色气体,比空气要重,闻起来有大蒜味或者臭鱼味。更可怕的是,这是一种有毒气体,而且会自己燃烧,人体一旦吸入一定量的磷化氢气体,则会导致呼吸系统、神经系统、消化系统等系统器官出现问题。
金星
 
金星上发现的磷化氢的浓度达到了5千万分之一,就是每5千万个大气分子中就有1个磷化氢分子,是地球大气层中磷化氢浓度的1000—100万倍。
 
 
 
这种剧毒的气体在金星的条件下很难有如此高的浓度。科学家们有理由怀疑它是由非生物过程产生的,这些过程包括阳光、地表矿物质、火山活动、流星撞击和闪电等等。
 
不过很快,对这些过程的模拟表明,它们产生的硫化氢只占已发现的一小部分,所以还有大部分的磷化氢物质无法得到解释。虽然这个数字看起来不大,但是很重要。
 
因为按照磷化氢这种物质的性质和金星的环境来算,根本就不应该存在任何磷化氢的痕迹。
 
因为,首先金星的环境是一个氧化环境,高温,高压,紫外线强烈,浓硫酸,二氧化碳,特别丰富。在这种环境中,磷化氢即便存在一些,也会迅速被破坏掉,化学上叫被氧化掉,变成磷酸或者别的东西。
 
 
其次就是磷化氢本身就特别难以存储和稳定。在地球上,工业用的磷化氢要费很大的力气才能生产一点,生产出来之后很快就会分解掉或者被氧化掉。两个原因合在一起,在金星上看见磷化氢,就相当于在南极看见了大熊猫,在北极看到了企鹅一样。
 
不看不知道,现在,科学家必须要解释大熊猫和企鹅是怎么来的。
 
金星与地球大小的比较
 
 
金星和地球有许多相似之处,它通常被称为地球的姊妹行星。它们在大小、质量和岩石成分方面都有惊人的相似性,并且它们都处于太阳的宜居带内,因此科学家们曾经一度认为金星存在生命的可能性非常大。
 
 
很久以前,金星被认为拥有海洋,并且非常适合生命生存。后来,金星上的温室效应变得非常严重,它的平均地表温度达到了462摄氏度,水全部蒸发变成云层覆盖着金星。
 
有些科学家认为,为了适应突然变化的环境,一些微生物可能生活在云层之中,因为那里的温度非常适宜,而且营养物质丰富。因此,科学家把望远镜对准这些地方,收集它们产生的光谱,分析其中的物质成分。幸运的是,在距离地表40到60千米的地方发现了磷化氢的存在。
 
虽然这项研究最近才发布,但是卡迪夫大学和麻省理工学院的研究人员早在三年前就开始研究金星大气成分。三年前他们使用的是位于夏威夷的詹姆斯·麦克斯韦望远镜,去年用的是阿塔卡马大型毫米波阵列,通过两次对金星大气大规模地观测和分析,他们发现金星大气中存在磷化氢的光谱特征,因此可以确定这种化合物的存在。
 
在这一案例中,被捕捉到的应该是金星大气层中的磷化氢原子发出的无线电波,其波长为1.1毫米。
 
 
 

发现磷化氢说明了什么?

 
磷化氢这种物质,排除工业生产这种情况,在人类目前的知识体系中,只有一种方式可以在大自然中产生天然的磷化氢物质。这种唯一的方式就是生命。
 
 
在地球上会存在一些氧气不足的环境,也会有大量的微生物存在。比如香港脚的臭味的来源,比如酸奶的酸味的来源,比如大肠杆菌制造出来的屁味的来源,比如奶酪的风味的来源…… 
 
 
这些都是各种厌氧的微生物的新陈代谢时制造出来的物质。磷化氢也只能由厌氧的微生物制造出来。
 
 
当然了,如果是在宇宙中偶然发现了一点磷化氢的痕迹,这还不能说明什么。也许历史上曾经存在过什么微生物,但是现在消失了。最可怕的是,金星上看到的磷化氢浓度稳定,丝毫没有被氧化掉、破坏掉的迹象。这就意味着,这些磷化氢一边被破坏,一边正在产生出来新的。
 
 
 
之前的卡西尼号探测器在木星和土星上,也都发现了磷化氢。甚至有天文学家用望远镜在宇宙深处的超新星爆发的痕迹中也看到了磷化氢的身影。这些地方也有微生物吗?当然不是。
 
 
 
木星和土星
 
 
 
木星和土星的环境和金星很不一样。木星和土星温度低的多,是一个气体球,充满了氢气、氦气和有机物,没有二氧化碳和氧气。也就是说木星和土星的环境,是化学里常说的还原性环境,而不是氧化性环境。
 
 
所以磷化氢容易在这个环境里合成,而且一旦产生,也不会被氧化而破坏掉。磷化氢在木星上的存在是合情合理的,再说回到金星。
 
我们目前还不能说已经发现了金星上存在生命的证据。最严谨的说法是,我们发现了金星上的一种化学物质,这意味着两种可能性。
 
 
第一种可能:我们发现了金星上存在厌氧的微生物,正活着呢,数量还不少。
 
第二种可能:我们发现了一种全新的大自然制造磷化氢的方式,之前不知道。无论是哪一种可能性,都会是巨大的科学发现,刷新我们的三观。第一种可能性意味着,外星生物就在身边。第二种可能性则说明,在地球身边就存在着我们完全不懂的化学机制。
 
 

下一步科学家的研究方向在哪里?

 
下一步人类一定会有继续探索金星的动作。也许,飞往金星取样的探测器已经提上了计划。NASA最近提出的VERITAS任务让我们都很兴奋,这个任务的全称是金星辐射率、无线电科学、InSAR、地形学和光谱学任务,发射计划将于2026年执行。但到目前为止还没有得到批准。
 
 
 
然而,就目前的概念来看,VERITAS可以更详细地探索金星表面,来了解金星的地质和历史。但是它仍然不会探索大气层。
 
 
 
此外,BREEZE任务,是用于极端环境和区域探索的仿生射线的缩写,由布法罗大学的航空航天结构和混合动力耐撞性实验室受到黄貂鱼的启发而开发的探索金星大气层的概念任务。
 
 
 
BREEZE是一种模仿黄貂鱼的变形飞船。这将允许它在金星的大气中产生升力。这个航天器将每4到6天在高层大气中环绕金星一周,它将以太阳能为动力,当处于金星被太阳照亮的一侧,太阳能电池板每2到3天能够充电一次。它将研究金星的天气模式和火山活动并且最有希望获取大气样本。
 
 
 
还有DAVINCI计划,它是关于金星大气深层稀有气体调研,化学结构和放射造像的一个关于着陆器的概念设计方案。但是在它降落到金星表面的过程中,会不断地对大气层进行采样收集。这将有助于它实现两个重要的目标,一个是研究金星大气的起源和演化;另一个是并研究大气组成和金星表面的交互。
 
艺术家为DAVINCI着陆器绘制的插图
 
 
你看,最近这些年的事真是都很有意思。刚刚宣布太阳系内找不到外星生命。很快就发现了火星有大量的水,发现木星的卫星有适合生命存在的温暖海洋,发现金星可能存在厌氧微生物…… 
 
 
这些事一桩桩一件件,让我们噼里啪啦打自己的脸。
 
 
现在,谁还敢再说太阳系里没有外星生命?现在谁也不敢了。
 
 
 
但是,火星、金星、还有木星的卫星,咱们先去哪呢?这些问题还是留给喜爱探险的天文学家们吧。
 
 
 
今天的天文大事件就是这些了,咱们下次再见吧。
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