金星的雲層中發生了一些奇怪的事情。望遠鏡探測到，在這個行星灼熱表面上方的大氣層中，分子磷化氫的濃度異常高——磷化氫是一種臭氣熏天、易燃的化學物質，通常與糞便、屁和腐爛的微生物活動有關。
這一發現令人好奇，因為在地球上，磷化氫基本上總是與生物有關，要麼是代謝過程的副產品，要麼是人類技術的產物，如工業熏蒸劑和冰毒實驗室。雖然磷化氫對許多生物體有毒，但它已被單獨列為可能是生命明確無誤的特徵，因為它很難透過普通的地質或大氣作用產生。
金星籠罩在硫酸雲中，地表壓力和溫度壓迫得令人窒息，足以熔化鉛，是一個地獄般的世界。但是，磷化氫存在的特定雲層碰巧相對溫和，有充足的陽光，大氣壓力和溫度都與地球相似。這些結果將必須經過科學界的仔細審查。然而，它們似乎可能會重新激起人們對探索我們隔壁姊妹行星的興趣。
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分子之謎
華盛頓大學的天體生物學家邁克爾·王說：“這是一個非常令人費解的發現，因為磷化氫不符合我們對金星大氣中應該存在哪些化學物質的概念。”威斯康星大學麥迪遜分校的行星科學家桑傑·利馬耶表示同意。“底線是我們不知道發生了什麼，”他說。（王和桑傑都沒有參與這項工作。）
在太陽和月亮之後，金星是地球天空中肉眼可見的最亮物體。數千年來，人們講述著關於日出和日落時出現的閃閃發光的寶石的故事。金星的光彩吸引了威爾士卡迪夫大學的射電天文學家簡·格里夫斯。她通常專注於遙遠的新生行星系統，但想在我們的宇宙後院的世界中測試她的分子識別能力。
2017 年，格里夫斯使用位於夏威夷莫納克亞山的詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡 (JCMT) 觀測金星，搜尋該行星光譜中條形碼狀的線條模式，這些模式將指示不同化學物質的存在。在此過程中，她注意到了一條與磷化氫相關的線。資料顯示，該分子在大氣中的濃度約為十億分之 20，比地球大氣中的濃度高 1000 到 100 萬倍。“我當時驚呆了，”格里夫斯說。
磷化氫是一種相對簡單的分子，包含一個磷原子和三個氫原子。眾所周知，它散發出大蒜或腐魚的臭味，但當它的濃度達到人類可以聞到的時候，它很可能會造成肺損傷。在電視劇《絕命毒師》的試播集中，角色沃爾特·懷特製備了磷化氫氣體，以擊倒兩名威脅他的襲擊者。
然而，製造這種物質並不像電視上看到的那樣容易。馬薩諸塞理工學院的分子天體物理學家、報告磷化氫發現的研究報告的合著者克拉拉·索薩-席爾瓦說，磷和氫“互相憎恨”。“氫有更好的事情要做，而磷寧願與氧結合。但是，如果你對它們投入足夠的能量，它們就可以結合在一起，並在某些環境中保持穩定。”
木星和土星等氣態巨行星含有磷化氫，因為它們內部溫度很高，有利於產生這種分子。相比之下，金星失控的溫室大氣層中充滿了含氧化學物質，如二氧化碳，這些化學物質通常會吸收磷化氫中的磷。對於這種分子以任何水平存在，更不用說格里夫斯看到的量，真是一個令人撓頭的問題。
與此同時，索薩-席爾瓦圍繞研究磷化氫建立了自己的職業生涯——她在 Twitter 上的使用者名稱是 @DrPhosphine——預測它可能如何出現在遙遠的外星系外行星的大氣層中。“我一直在考慮這些遠在光年之外的奇異世界——超級地球、熱帶行星、汙水行星，”她說。“但一直以來，它就在隔壁。”
研究人員及其同事去年使用智利更強大的阿塔卡瑪大型毫米/亞毫米陣列 (ALMA) 對金星進行了後續觀測，再次探測到磷化氫的大氣特徵。然後，他們試圖找出這種奇怪分子存在的每一種可能原因，包括火山活動、閃電甚至隕石在該行星大氣層中解體。“我認為我們能找到的最佳途徑還差大約 10,000 倍，”格里夫斯說。
當然，可能還有團隊尚未考慮到的其他產生磷化氫的途徑。但是在竭盡全力尋找非生物解釋後，研究人員感到不得不承認他們在今天發表在《自然·天文學》雜誌上的論文中的另一種可能性：這種分子可能是由金星上的生命產生的，就像生命是地球上產生這種分子的主要方式一樣。
雲層中的生命
長期以來，天體生物學家一直對火星著迷，火星是一顆乾燥的岩石行星，其條件與地球的條件並非完全不同。最近，他們對外太陽系中冰冷的、可能宜居的世界變得著迷，例如土星噴射間歇泉的衛星土衛二和木星的海洋衛星木衛二。但儘管金星存在缺點，但科學家們在推測地外生命住所時並沒有完全忽視它。
在金星表面以上 50 至 60 公里的地方，有一個大氣層，其壓力與地球海平面相當，溫度在零到 50 攝氏度之間。如果不是因為硫酸雲，人們可能會稱這一層為“宜居層”。即便如此，也有陸地生物能夠在溫泉或其他環境中的這種極端酸性條件下快樂地生存。這個相對溫和的區域正是發現磷化氫的地方。
自 20 世紀 60 年代以來，天文學家還注意到，金星的雲層沒有像它們應該的那樣反射那麼多太陽紫外線：大氣中某種未知的東西似乎優先吸收了這種光。這一觀察結果導致已故的天體生物學家哈羅德·莫羅維茨和卡爾·薩根提出，能量飢渴的光合生物可能是罪魁禍首。與此同時，其他研究人員從未停止尋找非生物解釋。最近的證據表明，這顆行星仍然具有地質活動。今年早些時候釋出的一個模型顯示，金星可能擁有海洋近 30 億年——這個海洋在幾億年前才消失。可以想象，當我們的姊妹世界更像地球時，生命可能已經在金星上出現，只是隨著失控的溫室效應使該行星表面不適宜居住而變成空降生命。
行星科學研究所的天體生物學家大衛·格林斯蓬說：“我一直認為，金星雲層中存在生命的可能性與在火星地下發現生命的可能性一樣大”，他沒有參與這項研究。“每種環境都可能是宜居的，但不能保證是宜居的。”
然而，幾乎同樣有力的論據可以證明金星的雲層對我們所知的生命是不利的。在地球大氣層中發現了漂浮的微生物，但據我們所知，沒有一種微生物完全在那裡度過它們整個生命週期。所有微生物最終都必須著陸，而金星表面似乎太不適宜居住了，無法成為一個良好的棲息地。
正在考慮的金星區域也比地球上最乾燥的地方智利阿塔卡瑪沙漠乾燥 50 倍。雖然確實發現生物體在含有少量硫酸的水環境中找到了很好的生存方式，但地球邪惡雙胞胎上的條件基本上顛倒了該公式：它的雲層主要由硫酸組成，只有少量水。
重訪金星
金星仍然是一個未被充分探索的地方。“儘管它實際上是隔壁行星，但仍有許多謎團需要解開，”王說。他補充說，為了排除所有關於磷化氫產生的非生物解釋，研究人員將不得不更多地瞭解這顆行星本身，包括它的化學、地質和大氣物理學。
另一個問題可能是磷化氫本身的探測。在團隊的資料中，疊加在金星光譜上的噪聲波紋使解析任何特定線條都有些困難。巴黎天文臺的光譜學家布魯諾·貝扎爾說：“這些波浪狀結構可能會模仿磷化氫特徵。”“我沒有看到有力的論據說它不是波紋。”
格里夫斯反駁說，使用 JCMT 和 ALMA 這兩個獨立設施找到相同訊號的機率在統計學上很小。儘管如此，她和她的同事們希望在其他波長（如紅外線）下進行更多觀測，以進一步測試他們的初步結果。製作更高解析度的磷化氫出現位置圖，並檢視它是否表現出任何型別的季節性變化，也可能有助於將其與生物過程聯絡起來。
在許多方面，這一意外發現似乎類似於 1996 年宣佈在名為 艾倫·希爾斯 84001 的古代火星隕石中可能存在微觀生命。除了看起來像化石細菌的結構外，該樣本還包含一種不尋常的鐵晶體，這種晶體看起來與地球上微生物產生的晶體相同。研究人員花了多年時間才弄清楚這些晶體的無機解釋。
儘管在那種情況下，生命並沒有成為最終的解釋，“但它讓每個人都在思考，‘好吧，為什麼不呢？’”格林斯蓬說。“我們對火星的一切瞭解都與這種可能性相符。這引發了一場巨大的運動，並將天體生物學催化為一個領域。”
磷化氫的發現可能在促使行星科學家更多地關注金星方面發揮類似的作用。近年來，已經有一批研究人員呼籲向我們的姊妹行星派遣更多工。俄羅斯已提議最早在 2026 年向金星發射 Venera-D 任務，其中包括軌道飛行器和著陸器。歐洲航天局也有類似的 EnVision 航天器正在設計中，它可能會在未來十年內到達目標。
美國宇航局目前正在考慮為其“發現計劃”資助的 兩個不同的金星任務提案：軌道飛行器 VERITAS 和 DAVINCI+。後者將自 1985 年蘇聯 Vega 氣球以來首次將探測器送入金星大氣層。預計將於明年某個時候做出選擇。
這些努力中的任何一項，以及使用地球上的望遠鏡進行的額外觀測，都可能有助於加強或削弱金星上存在磷化氫的說法。在此之前，該領域的許多人可能會保留他們的完整判斷。“說金星上有生命是非常推測性的，”王說。“但說金星上絕對不可能有生命也是推測性的。”
就索薩-席爾瓦而言，她希望科學界其他人士對她和她的同事在研究中採用的方法和得出的結論進行嚴格的審查。“我相信我們的模型和資料簡化是好的，但我仍然持懷疑態度，”她說。“我希望全世界都來指出我犯的錯誤。”
索薩-席爾瓦說，這樣的辯論對於科學很重要，因為每當有人聲稱在太陽系或更遠處的行星上發現生命證據時，都會出現類似的難題。“我認為要證明這樣的事情非常困難，”她補充說。“我們天生渴望找到生命，然後我們有自己的理性思維說，‘這些都不是充分的證據。’我們不想孤單，但我們也不想犯錯。有時這兩件事很難共存。”
編者注（20 年 9 月 15 日）：本文在釋出後經過編輯，以更正卡迪夫大學的所在地和蘇聯 Vega 氣球到達金星的日期。