金星的大气化学异常可能激发未来的天体生物学任务

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美国国家航空航天局的麦哲伦飞船拍摄了这张金星环形山的照片。信用:美国国家航空航天局/JPL

（）据今日宇宙（埃文·高夫）：2020年，当科学家在金星的大气中检测到磷化氢时，引发了关于金星及其潜在可居住性的新一轮热烈讨论。因为磷化氢是一种潜在的生物标志物，如果检测没有引起人们的兴趣，那将是很奇怪的。所以人们很好奇是可以理解的。不幸的是，进一步的研究无法证实它的存在。

但是即使没有磷化氢，金星的大气也充满了暗示生物过程的化学阴谋。是时候向我们地狱般的姐妹星球发送天体生物学任务了吗？

虽然磷化氢的讨论很快就结束了，但还有其他更长期的迹象表明，金星的大气中含有化学异常，其中一些可能与生命有关。例如，一些大气中的气体似乎失去了热力学平衡。更加复杂的是，科学家们不确定低层大气中的大颗粒是由什么组成的。

一篇新论文的作者解释了为什么金星抓住了我们的化学好奇心，并提出是时候进行天体生物学任务来满足它了。

这篇论文题为“金星大气化学异常和其他无法解释的云特性的天体生物学潜力”它还没有被同行评审和发表，但是可以在预印本服务器arXiv上获得。主要作者是Janusz Petkowski，麻省理工学院地球、大气和行星科学系的天体生物学研究员。

“半个多世纪以来，科学家们一直在推测金星是一个可居住的世界，”作者写道，“基于金星表面上方48-60公里处类似地球的温度和压力。"

大多数对太空感兴趣的人都知道金星的大气层极其稠密和炎热。我们还知道它主要由二氧化碳组成，它的另一个主要成分是氮气，它支持着浓密的硫酸云。其他化学物质仅以极微量存在。

地表以上48至60公里之间的大气区域特别令人感兴趣。在那个高度，压力和温度都接近类似地球的水平。在大约52.5公里和54公里之间，温度在20摄氏度和37摄氏度之间。在地表以上大约49.5公里处，压力与地球海平面相同。金星表面不可能存在液态水，但在大气层中是可能的。

这就是考虑金星潜在宜居性的背景。

但也有大量的化学因素，在他们的论文中，作者概述了地球大气中长期存在的一个谜团。

“在这篇论文中，我们回顾并总结了金星持续时间长、无法解释的大气观测，这些观测是在过去半个世纪中获得的，”他们写道。

围绕金星的许多谜团都与所谓的“未知吸收体”有关早在20世纪20年代，紫外线观测显示了不寻常的高对比度特征，这些特征随着金星上云层的四天自转而移动。有东西在吸收紫外线。

作者写道:“人们已经做了很多努力，试图确定在320-400纳米之间吸收的物质，但没有一种候选物质满足所有的观察限制，这导致了经常使用的描述性术语‘未知的紫外线吸收剂’”。

研究人员花了很长时间去了解吸收体是什么，有些人已经取得了进展。研究表明，硫同素异形体和硫化合物可能是原因，研究人员已经发现了它们在金星大气中形成的新路径。但是这些路径是模拟的结果，而不是探索的结果。不是每个人都同意这些发现。没有共识。



除了二氧化碳和一小部分氮，金星的大气中没有其他东西。微量元素加起来不到大气的1%。鸣谢:junk charts–自己的作品，CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31595105

“尽管21世纪的两个轨道航天器(欧空局的金星快车和JAXA的晓)进行了几十年的努力和观察，但没有一个提议的候选分子被发现完全符合观察数据，”作者解释说。

候选人要么不符合侧写，要么不够多。一些被提名的候选人也不稳定。

但关键是我们要弄清楚它是什么。“未知的吸收器非常有效，捕获了超过50%到达金星的太阳能，从而对大气结构和动力学产生了影响，”作者写道。尽管这个谜团依然存在，但它是阻碍我们了解这个星球的巨大缺失。

一些研究人员提出，紫外线吸收剂是基于云的生物活动的标志。“金星云的光谱特征，包括强烈的紫外线吸收，与某些类型的陆地细菌的光谱一致，”作者解释道。

另一个谜团与低层云有关。大于7米的云粒子的子集是未知的。更神秘的是，其中一些不是圆的。我们从美国国家航空航天局的先锋金星任务中了解到这一点。由于被称为模式3粒子的粒子是非球形的，所以它们不可能是液滴。

作者写道，“模式3粒子的性质和组成与目前掌握的数据存在争议”，这表明我们需要从现代任务中获得更多数据。

一些人提出这些颗粒可能是硫酸，但是作者说数据排除了这种可能性。如果它们不是硫酸，那就支持了生命可以在云中存活的观点。“这一结果可能表明未知的化学成分，并且对于‘我们所知的生命’的可能存在是有趣的，这种生命无法承受浓硫酸环境，”作者解释道。

然而，应该指出的是，并不是所有的科学家都同意大粒子的存在，而是校准误差可能导致了它们的探测。

作者概述了为什么只有对金星的生物任务才能解开这些谜团的其他原因。Venera计划和VeGa气球的现场测量表明，大气中含有生命所必需的非挥发性化合物。我们所知的生命需要金属，包括铁。维尼拉发现了铁，而维加没有。更多的谜团等待解开。

金星的大气中还有其他无法解释的成分。有些痕量气体的丰度分布是科学家无法解释的。维尼拉和先锋也在那里发现了氧气。没有人知道它从何而来，这是一个经常讨论的话题。其他化学检测增加了神秘感和复杂性。

从远处研究金星令人抓狂的是，许多观察结果可以用生物或非生物过程来解释。这就是为什么我们需要一个生物任务。

“金星云的可居住性也应该通过新的现场任务来探索，”作者解释道。许多科学家同意他们的观点，包括著名的行星科学家萨拉·西格。事实上，西格甚至走得更远，他建议需要一个样本返回任务。

未来会有去金星的任务。美国国家航空航天局的“真理”号和“达芬奇”号都将前往金星，但不是几年后。达芬奇将发送一个探测器到金星的大气层进行现场观察，而VERITAS将绘制更详细的表面图。

与此同时，我们拥有的数据是科学家们必须处理的所有数据。虽然科学家足智多谋，意志坚定，但这还不够。

只有专注于生物学和化学的金星任务才能解开这个星球的谜团。