客观日本

金星上检测出磷化氢,为生命指标分子研究迈出新的一步

2020年09月23日 海洋宇宙

本文及图片均摘抄编译自日本国立天文台的研究成果公关发布资料

由英国卡迪夫大学的Jane Greaves等英美日三国研究人员组成的研究团队,利用阿尔玛望远镜和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜,在金星上检测出了磷化氢(PH3)。

研究团队调查了金星大气层中阳光引起的化学反应或者火山喷发等产生磷化氢的可能性,但均无法解释观测到的磷化氢的数量问题。因此研究团队推测,金星上的磷化氢很可能是通过未知的化学反应产生的。另一方面,正如地球上存在释放磷化氢的微生物那样,也不能排除金星上的磷化氢是源自生命的可能性。

磷化氢是一种证明太阳系外行星存在生命的指标之一,此次的发现有助于验证其合理性,也表明了今后详细观测金星大气的重要性。

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金星大气层以及发现的磷化氢示意图(Credit: ESO/M. Kornmesser/L. Calçada & NASA/JPL/Caltech)

金星在太阳系中是公转轨道位于地球内侧的行星,体积和质量均与地球相似。二者最大的区别是,金星的大气层非常厚,而且主要由二氧化碳组成其。在金星表面,高达90个大气压的二氧化碳大气层带来强烈温室效应,使金星表面温度达到460℃。包括大气在内,金星整体都非常干燥,被认为不太可能像地球一样存在生命。另一方面,部分研究人员认为,在气压和温度都更低的50km高度附近,微生物也许能存活,为此也一直在推进相关研究。

判断一个行星上是否存在生命的方法之一是调查其大气层的成分。例如,如果某种分子是由生命体排放的,同时又具备难以通过大气中的化学反应生成的特性,那么该分子即可作为生命指标。

磷化氢是近年受到关注的生命指标之一。因为在地球上,磷化氢与生命活动有关。而在金星大气层那种存在很多氧原子的环境中,与氢原子相比,磷与氧原子结合的可能性更高。此外,如果大气中存在氯离子等,磷化氢会遭到破坏。在这样的环境中,必须能持续不断地供应磷化氢才可以保证其稳定存在。

卡迪夫大学的Jane Greaves等人组成的研究团队在调查太阳系外行星上的磷化氢之前,先尝试在太阳系内行星的大气层中寻找磷化氢。研究团队利用位于夏威夷的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜(JCMT)以波长约为1mm的电波对金星进行观测时,发现了磷化氢的迹象。为进一步确认,又利用阿尔玛望远镜进行了观测,果然检测到了磷化氢。Greaves表示:“在金星的光谱中看到磷化氢的迹象时非常震惊。”

观察确认,金星每10亿个大气分子中约存在20个磷化氢分子。研究团队为了调查磷化氢的成因,研究了阳光和雷电在金星大气中引起的化学反应、风从地表吹到大气中的微量元素以及火山气体等产生的磷化氢,但得出的结论是,这些因素能够产生的磷化氢最多只有观测到的磷化氢含量的一万分之一左右。

研究团队还以地球上的微生物为参考,估算了金星大气中存在微生物时的磷化氢生成量。地球上的一些微生物从岩石或其他生物物质中获取磷,然后摄取氢排放出磷化氢。研究团队认为,如果金星的大气中也存在同样的微生物,就可以解释检测出的磷化氢的数量问题了。

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在阿尔玛望远镜观测到的金星图像上重叠磷化氢光谱得到的图像。灰线是利用JCMT、白线是利用阿尔玛望远镜观测的光谱。温度更高的低层大气发射出强烈的电波,中层大气中的低温磷化氢仅吸收特定波长的电波,因此形成了光谱凹陷的“吸收线”(Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Greaves et al. & JCMT (East Asian Observatory))

研究团队的成员之一、日本京都产业大学的佐川英夫教授表示:“此次得出了大气中的化学反应等无法产生足够数量的磷化氢的结论,当然也有可能是我们所不知道的生命以外的化学反应产生的磷化氢。今后包括重新对金星进行观测以验证此次的结果在内,要想得出确切的结论,还存在很多工作要做。”

论文信息
题目:Phosphine gas in the cloud decks of Venus
期刊:Nature astronomy
URL:nature.com/articles/s41550-020-1174-4

公关发布资料
编译:JST客观日本编辑部

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