2020年9月14日，英国皇家天文学会召开线上新闻发布会，宣布天文学家在金星大气中罕见地探测到磷化氢气体的存在，研究成果同步发表于著名的《自然·天文》杂志。根据已有的认知和现有的数据，人们对这些磷化氢的具体来源还很难给出科学合理的解释。有人提出，这或许是由金星上潜在的生命所产生。我们约请国家天文台博士宋楠就相关问题向读者进行解读。

欧洲南方天文台发布的金星艺术效果图，小图中展示了磷化氢分子。

问：金星大气中发现的磷化氢意味着什么？

答：一提到在其他星球上寻找生命，人们最先想到的便是火星。相比于火星，虽然金星的大小质量与地球更为接近，但其表面环境极其恶劣：富含二氧化碳的浓密大气使得金星上的温室效应极其显著，平均温度就高达464℃；此外大气中存在的二氧化硫还会时不时就下场硫酸雨；金星表面则是火山密布、熔岩横流……金星如此极端的环境对于我们普遍认知的生命来说，简直可以用“炼狱”来形容。因此，相较于环境条件更加温和的火星而言，科学家对在金星上找到生命更不抱希望。

但凡事都没有绝对，当新探测器还在纷纷奔赴火星之时，金星上却先传来了一个令人兴奋的消息——金星大气中探测到了磷化氢！这一发现在科学界引起了很大的关注，对于这一发现的争论快速发酵，引起了媒体和公众的关注。磷化氢的发现之所以会引起科学家的重视，是因为按照常理，磷化氢本不该持续存在于金星大气偏强酸性的环境之中，而磷化氢的存在还有可能与生命活动相关联。

磷化氢可能对于大部分人来说略显陌生，它的化学式为PH3，是一种剧毒气体，误吸会对心脏、呼吸系统、神经系统等造成影响，严重时甚至能致命，在第一次世界大战中曾被当作化学武器使用。它的化学性质很活泼，在富含氧气的地球大气环境中，很容易被氧化。它属于易燃气体，民间所谓的“鬼火”，其主要就是磷化氢自燃时产生的。

地球上可以通过工业制造大量产生磷化氢，而在自然条件下，磷化氢则是厌氧微生物新陈代谢的副产物。我们在很多动物的粪便和鱼的内脏中发现了磷化氢的踪迹，海底也发现了由微生物产生的磷化氢。由于目前已知磷化氢只能通过微生物的生命活动才能持续不断地产生，自然状态下非生命的过程几乎无法制造出来。因此天文学家在进行地外生命搜索时，磷化氢常被看作是一种比较典型的生命信号特征。

问：科学家们是怎样在金星大气中发现磷化氢的？

答：这次的发现是由英国卡迪夫大学简·格里夫斯教授领导的国际团队历时四年完成的，和绝大多数科学研究类似，整个过程可谓一波三折。

最初他们于2016年提出了使用麦克斯韦望远镜在金星上寻找磷化氢信号的观测计划。麦克斯韦望远镜坐落于美国夏威夷海拔4100米的莫纳克亚山上，直径为15米，是目前世界上工作在亚毫米波段最大的单口径望远镜。2015年2月，东亚天文台正式接管麦克斯韦望远镜的科学运行与管理，中国科学院天文大科学中心是东亚天文台的四个核心成员之一。

在麦克斯韦望远镜2017年6月的观测数据中，团队成员首次在1.123毫米波长位置处探测到了微弱的吸收信号，这个波长对应的正是磷化氢。简单来说这里采用的是光谱分析的方法：不同的分子会吸收不同波长处的光线，从而在观测数据中留下自己的独特“印记”，就类似于人类的指纹一样。起初团队对于这一结果也不敢相信，毕竟最近一次在金星上发现磷元素的踪迹还是1985年前苏联的“金星二号”，而当时受限于设备精度并没给出精确测量。

为了验证麦克斯韦望远镜发现的磷化氢信号，团队又申请了更强大的望远镜——ALMA望远镜进行确认。ALMA望远镜位于智利海拔5000米的阿塔卡马大沙漠中，是由66台望远镜组成的观测阵列，是目前世界上最先进的毫米波/亚毫米波探测设备，灵敏度和观测效率都比麦克斯韦望远镜更高。全世界的天文学家都在竞争它宝贵的观测时间。格里夫斯教授团队有幸申请到了3个小时用来观测金星大气。

当团队焦急地等待观测数据来验证他们的发现时，天气原因使他们的观测一再推迟，直到2019年3月才得以顺利进行。数据分析的结果令之前的等待和努力都变得值得，ALMA望远镜观测到了更加清晰的磷化氢吸收光谱，并且限制了磷化氢所在的云层高度和纬度。这些磷化氢存在于距离金星表面50到60千米高处的恒温带中，这一高度内的金星大气相对温和，其大气压强和温度与地球的地表有些相似。磷化氢主要集中在金星的中纬度地区，两极没有发现，赤道附近含量也很低。

根据麦克斯韦和ALMA望远镜的观测数据，京都产业大学的佐川秀夫教授结合模型估算出金星大气中磷化氢的含量为20ppb，也就是十亿个分子中有大约20个是磷化氢分子，虽然这一数字看起来似乎微不足道，但它的浓度比地球大气中的磷化氢高出1000到1万倍。

“如此高的浓度令我感到震惊。”格里夫斯教授说。因为据推测在金星大气环境中一个磷化氢分子平均寿命仅为16分钟。这表明金星上存在着十分高效的相关化学反应，可以持续产生磷化氢。这些磷化氢究竟如何产生成了科学界争议的焦点。

问：为什么有人提出，金星大气中的磷化氢可能由金星上的生命体产生？对此猜测有怎样的争议？

答：为了解释磷化氢的来源，团队成员考虑了各种可能性，假设了各种具体产生场景——金星上的闪电、火山和陨石撞击等，但这些情况可能产生的磷化氢都远低于实际观测结果，最终纷纷被排除在外。

在此之前，探测器也曾在气态巨行星——木星和土星上发现过磷化氢的踪迹，科学家们认为，那里的磷化氢是在巨行星大气深处的高压和高温条件下形成的。而跟地球一样的岩质行星金星，显然并不具备气态巨行星产生磷化氢的环境条件。

根据现有的知识，团队自始至终无法解释这些磷化氢的确切来源，因此在论文中谨慎地提出，他们推测磷化氢分子可能由某些未知的化学或地质过程产生，也有可能由金星上的生命体产生，当然这不能作为存在生命的有力证据。团队成员剑桥大学的保罗·里默博士推算，地球生物只需要按照最大生产力的10%进行工作，就足以产生他们所探测到的磷化氢。当然金星上潜在的任何微生物因为要在强酸性下生活，所以可能与地球微生物之间存在巨大差异。也正是他们提出的有可能是金星上微生物产生磷化氢的推测，引起了科学家和公众的争论。

其实，对于金星可能存在生命的猜想很早就有，著名学者卡尔·萨根早在1967年就曾推测金星云层中可以允许微生物的存在。有研究表明，在金星形成的早期也跟地球一样，是一个适宜生命居住的星球，并且存在液态水。直到约十亿年前，不断膨胀的温室气体将金星从一片绿洲变成了现在的死亡炼狱。有人推测随着金星表面环境的不断恶劣，一些生命为了避免灭绝可能迁移到了适宜的云层之中。这次的发现某种程度上支持了上述假设。

当然，也有很多人提出了自己的质疑，ALMA望远镜的驻站科学家约翰·卡彭特就对磷化氢测量本身的真实性提出质疑。他说“信号极其微弱，团队需要复杂的处理过程才能最终得到。但处理过程中很可能引入虚假的同频率人工信号，所以还需要更加精细的数据分析和更多观测相互印证。”而美国航天局的天体生物学家佩内洛普·波士顿则对金星长期严酷环境下微生物依然能长期存在的假设持有异议。

需要强调的是，金星上发现的磷化氢这一所谓的生命信号特征并不意味着在金星上发现生命，它只是为进一步探测提供了论据。未来，只有通过不同望远镜在不同波段磷化氢信号的交叉证认，以及发射金星探测器去近距离观测研究，才有可能进一步揭开这个发现背后的答案。

金星的表面和大气层，以及磷化氢分子。（艺术插图）

问：探测地外生命，我国在做什么样的工作？

答：除了通过特定分子的光谱“指纹”来探测其他星球上可能的生命信号，天文学界从上世纪六十年代就开启了搜寻地外文明（SETI）计划，利用射电望远镜监听太空，以期望发现其他高级文明发出的无线电波，直接获得地外文明存在的证据。

中国“天眼”——500米口径球面射电望远镜（FAST）也于今年4月正式开启地外文明搜索。中国科学院国家天文台与美国加州大学伯克利分校合作，研发了专门用于搜索地外文明信号的后端设备FAST SETIBURST，于2018年9月安装在FAST上。2019年4月，FAST开启“早期运行”阶段时，FAST SETIBURST同步开启试运行，一年后正式开启地外文明搜索。

FAST将与著名的“突破聆听”计划合作，共同推动SETI巡天，以前所未有的深度拓展人类对于自身在宇宙中的地位的认识。