金星“生命記號”,2020年天文學最大烏龍?

澎湃新聞記者 虞涵棋

2021-01-18 17:54 來源:澎湃新聞

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進入2021年,去年的爆炸性科學新聞“金星生命記號”仍未蓋棺定論,但一系列質疑證據陸續登上天文學頂級期刊,該事件已不可避免地滑向“烏龍”。
470攝氏度,90倍地球大氣壓,下的“雨”都是硫酸,這樣的金星竟然會有“生命記號”?
自2020年9月14日英國卡迪夫大學、劍橋大學、曼徹斯特大學、美國麻省理工學院等機構聯合在《自然-天文學》(Nature Astronomy)上發表了題為《金星雲層中的磷化氫氣體》(Phosphine gas in the cloud decks of Venus)的爆炸性論文(下稱“原論文”)後,不僅吃瓜羣眾多有不解,潑冷水的科學家也大有人在。2020年9月15日訊,歐洲南方天文台14日發佈的一張金星的藝術效果圖,小圖中展示了磷化氫分子。 人民視覺 圖

2020年9月15日訊,歐洲南方天文台14日發佈的一張金星的藝術效果圖,小圖中展示了磷化氫分子。 人民視覺 圖

科學界最光明正大的較量,就是用論文來回擊論文。自去年10月份起,ArXiv這個科學家們在發表論文前預先上傳草稿的網站,成了“有理有據”交火的前哨陣地,陸續出現了反駁原論文的文章。
經過數月的同行評議,幾篇反駁文章已經登上了《天文學與天體物理學》(A & A)等重量級期刊。他們從不同角度開“錘”,但核心結論簡單而一致:金星雲層中根本沒有異常含量的磷化氫氣體。“記號”本身就不再存在了,遑論“記號”是否來自於生命。
原論文的故事
要知道,現代的天文學家已經不是在直接“看星星”,而是在“看數據”。望遠鏡並非像相機一樣直接拍出星星的照片,而是傳輸海量的光譜數據。天文學家們要做的,就是埋頭在這些數據裏挖掘蛛絲馬跡,看看能不能講出一個符合某種理論模型、同時邏輯上也講得通的故事。
這裏面涉及到複雜的數據處理過程,最終數據和故事的匹配程度,統計學會給出評估。達到了一定的數學標準,才能算得上一個可靠的故事。
那麼,原論文到底是講了一個怎樣的“故事”呢?
簡單來説。我們可以想象光譜就像一把梳子,每個梳齒依次代表不同頻率的光波。
當這把梳子“梳”過金星的大氣層,裏面的一些化學物質會吸收特定頻率的光波,把那幾根對應的梳齒折斷了一些。
所以,科學家們觀察一下最後梳子上斷了哪幾根梳齒,缺失的長度有多少,就可以推理出金星大氣層上有哪些化學物質,含量有多少。
原論文發現,是267吉赫茲(GHz)這根“梳齒”缺了很明顯的一部分。他們認為,這根梳齒對應着的化學物質是磷化氫(PH3)。
同為氧族氫化物,磷化氫和更為著名的硫化氫一樣惡臭且劇毒,為什麼可以作為一種“生命記號”呢?
原來,人類目前只在太陽系大型氣態行星的高温高壓大氣層深處找到過磷化氫,而岩石星球高度氧化的表面和大氣層會快速破壞掉磷化氫。
例如,在我們的地球上,磷化氫的產生只與人類工業生產或厭氧微生物活動相關。
而從光譜的缺失程度來估算,金星雲層中的磷化氫丰度為20ppb,即每十億個分子中有二十個磷化氫分子。
原論文寫道:“窮盡穩態化學和光化學路徑分析,金星磷化氫的存在難以解釋。金星大氣層、雲層、地面、地底、閃電、火山或隕石傳輸都沒有已知的非生物產生方式。”
根據模擬,在金星的温度和濃度下,光化學路徑要產生這個濃度等級的磷化氫氣體,反應速率還差了4到6個數量級。
也就是説,這不僅暗示着金星雲層中有生命存在,而且可能是活着的生命,還在源源不斷地產生磷化氫,以抵消快速分解的過程。
論文得出結論:“磷化氫可能來自未知的光化學或地質化學過程,或是生命,類似於地球上的生物源磷化氫。”
在質疑聲音湧現後,原研究團隊曾經對數據進行了重新分析,承認部分陽性結果可能是由二氧化硫而非磷化氫造成的。
不過,該團隊堅持認為,在排除掉原有的錯誤處理後,金星雲層中的磷化氫證據依然存在,只是丰度降到了原來推算值的1/7。
反方的聲音
儘管原論文的結論下得很謹慎,並沒有直接説金星上有生命。但退一步講,這個磷化氫信號真的存在嗎?
原論文所用的數據來自兩台毫米波(30GHz至300GHz)/亞毫米波的望遠鏡,分別是位於夏威夷的麥克斯韋望遠鏡(JCMT)和位於智利的阿塔卡瑪望遠鏡(ALMA)。
2020年12月1日,荷蘭萊頓大學觀測天體物理學教授Ignas Snellen等學者在《天文學與天體物理學》發表《對金星267兆赫ALMA觀測結果的再分析:未顯著探測到磷化氫》(Re-analysis of the 267-GHz ALMA observations of Venus No statistically significant detection of phosphine)。
該團隊認為,原論文用以擬合數據的12階多項式會導致噪音,相當於增強了信號。用這種處理數據手法還可以製造出其他5種強信號。
荷蘭團隊用自己的方法重新處理ALMA數據後,磷化氫信號的可靠度就只有2σ,達不到統計學的通常要求了。一言以蔽之,荷蘭團隊用上他們認為更靠譜的數據處理方法後,ALMA望遠鏡提出的267GHz信號不能説明是來自磷化氫的。
2020年12月24日,比利時皇家空間和高層大氣物理研究所(Royal Belgian Institute for Space Aeronomy)的特羅佩(L. Trompet)等人在通過《天文學與天體物理學》發表論文,宣稱未在金星高層大氣中發現顯著磷化氫氣體。
他們引用的旁證來自歐洲航天局的金星探測器“金星快車”上的掩日紅外光譜儀(SOIR)。在2006年6月至2014年12月期間,“金星快車”共觀測了超過750次金星中高層大氣掩日的現象。當陽光經過金星大氣時會被大氣中的分子吸收掉一部分能量,在光譜上留下特殊的暗線,從而推測金星大氣的成分。
論文報告稱,並未發現磷化氫證據。對於原研究宣佈發現磷化氫的金星大氣區域,該團隊測算出的磷化氫氣體丰度上限為0.2ppb,比起20ppb足足低了兩個數量級。
不過,即使金星“生命記號”最終坐實是烏龍,這波討論還是有積極意義的。我們之前是否把目光放得太遠了,而忽視了身邊的鄰居?美國、蘇聯對金星探測曾經富有熱情,但因環境惡劣,探測器往往很快報廢。後來,人類就對這顆煉獄星球失去了興趣,把注意力聚焦在了火星,甚至更遠的太陽系外。人類上一次研究金星上的磷元素,還要追溯到1985年蘇聯Vega二號所做的登陸實驗。
目前,下一個金星探測器排期最前的國家是印度,預計在2023年左右發射。
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責任編輯:李躍羣
校對:張豔
澎湃新聞報料:4009-20-4009   澎湃新聞,未經授權不得轉載
關鍵詞 >> 天文學

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