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JCMT望远镜在金星上发现生命迹象

发表日期:2020-09-15来源:放大 缩小

  北京时间9月14日,由英国卡迪夫大学Jane Greaves教授领导的国际天文学家团队宣布在金星云层中发现了一种稀有分子——磷化氢。在地球上这种气体只在工业或在无氧环境中繁衍的微生物才会产生,磷化氢的发现可能会指向这种地外“空中”生命。这项最新研究成果已发表在《自然·天文》杂志。 

  天文学家数十年来一直推测,金星上的高空云层可能为微生物提供了合适的环境——远离灼热表面自由漂浮,可以接触到水和阳光,但需要忍受很高的酸度。磷化氢由氢和磷构成,它的探测发现可以指向地外“空中”生命。 

  金星云层中磷化氢的首次发现是利用由东亚天文台运行的麦克斯韦望远镜(JCMT)完成的。该团队随后获得了ALMA观测时间用于进一步追踪发现。ALMA是智利由45台望远镜组成的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列。这两台设施都以约1毫米的波长观测金星,这一波长比人眼能看到的长得多——只有高海拔的望远镜才能有效地探测到它。Jane称,“我们最终发现两个天文台看到的是同样的东西——在磷化氢气体相应波长上的微弱吸收谱,其分子被下方较热的云层点亮。” 

  天文学家随后进行了计算,以确定磷化氢是否会来自金星上的自然过程。麻省理工学院的科学家William Bains博士领导评估磷化氢天然生成方法的工作。其中包括太阳光、从地表吹来的矿物、火山或闪电,但这些都无法制造如此足量的磷化氢。研究发现,天然源最多只能制造出望远镜所看到磷化氢数量的万分之一。相比之下,研究团队发现,要在金星上产生观测到数量的磷化氢,陆地有机体只需要以其最大生产力的10%左右工作。不过,很可能金星上的任何微生物都与它们的地球表亲有很大不同。地球上的细菌可以吸收磷酸盐矿物,添加氢气,并最终排出磷化氢气体。 

  作为团队成员的麻省理工学院研究人员Clara SousaSilva博士,曾想过利用磷化氢作为“生物特征”气体来搜寻其他恒星周围行星上不使用氧气的生命,因为正常的化学反应生成磷化氢很少。她说,“在金星上发现磷化氢是意料之外的收获!这一发现引出了许多问题,比如任何生物体如何能够生存。在地球上,一些微生物可以应对环境中高达约5%的酸——但金星的云层几乎完全由酸组成。” 

  研究团队认为这一发现意义重大,因为他们可以排除许多制造磷化氢的替代方法,但他们承认确认生命”的存在还需要做很多工作。尽管金星的高空云层温度达到舒适的30摄氏度,但它们的酸性令人难以置信——约90%的硫酸——给微生物在那里生存带来了重大问题。麻省理工学院的Sara Seager教授和Janusz Petkowski博士正在研究微生物如何在稀缺的水滴中保护自己。 

  研究团队现在等待更多的望远镜时间,以确定磷化氢是否处在云层中相对温和的部分,并寻找其他与生命相关的气体。这一结果对寻找太阳系外的生命也有影响。 

  听到这一JCMT研究结果时,JCMT副台长Jessica Dempsey博士说:“这些结果不可思议”,并接着说:“这一夏威夷JCMT的发现,是用一个单像元的仪器完成的。正是这同一仪器也参与拍摄了黑洞的第一张图像,Pōwehi。金星大气层里磷化氢的发现,真正展示了天文学家利用JCMT进行前沿研究的广度。我为我们夏威夷所有工作人员的努力感到非常高兴。”

  捕捉到这次磷化氢发现的JCMT仪器已经退役,取而代之的是一台被称为Nāmakanui的更灵敏的新仪器。对于这台新仪器的潜力,Jessica评论道:“就像它的名字一样,大眼睛的鱼在黑暗的水域中猎取食物,我们将把更加灵敏的Nāmakanui转向金星,以继续寻找我们宇宙中的生命。一切都是刚刚开始,作为持续突破(当前天文学)边界的JCMT团队一员,我从来没有这么激动过。” 

  EAO董事会轮值主席、国家天文台副台长薛随建说:“麦克斯韦望远镜,虽然工作在毫米亚毫米波段,类似光学-红外望远镜,具有多色成像、特别分子谱线分光和偏振等综合科学性能,因而可以承载从宇宙早期星系形成,银河系和近邻星系中的恒星形成过程的诸多天文课题研究,太阳系天体大气成分观测,是行星科学研究的前沿,也是天文、地质和生命科学的交叉领域前沿,方兴未艾。” 

  麦克斯韦望远镜直径为15,是世界上最大的单天线天文望远镜,设计运行在电磁波谱的亚毫米波段。它位于夏威夷的Mauna Kea科学保护区内,海拔4092,用于研究太阳系、星际和环星尘埃和气体、演化的恒星和遥远的星系。 

  JCMT中国科学院天文大科学中心(CAMS)、日本国立天文台(NAOJ)、韩国天文和空间科学研究所(KASI)、中研院天文所(ASIAA共同发起的东亚天文台(EAO)运行管理,中国科技部大科学装置前沿研究重点专项“恒星形成与星际介质的研究”提供部分基金支持。英国科技设施委员会(STFC)和加拿大的参与大学提供额外的资金支持。Nāmakanui是由中研院天文所支持和建造的,东亚天文台为230GHz混频器提供了资金支持。Nāmakanui是格陵兰望远镜的备份接收机。 

  研究论文链接: https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4 

   

  1.金星,磷化氢分子,和JCMT(白色)与ALMA(橙色)探测的磷化氢谱线。图片版权:JoannaP?tkowska 

    

    2.JCMT早晨开始观测,图中Maunakea的影子在Hualālai后方升起,格外显眼。由于在亚毫米波段运行,JCMT以在白天进行观测。图片版权:Tom Kerr, UKIRT 

   

  3.JCMT副台长Jessica Dempsey在现已退役的仪器RxA3m旁边,该仪器首次在金星上探测到了磷化氢。此后,该仪器已被一个名为Nāmakanui的更强大的仪器所取代,该仪器可供所有EAO天文学家使用。图片版权:Harriet Parsons, EAO/JCMT 

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