金星上存在生命吗？

本文作者： 醋醋，题图来自：视觉中国

人类就要发现外星生命了？

11月7日，在2020腾讯科学WE大会上，Jane Greaves的演讲深入探讨了这个问题。

Jane Greaves是英国天文学家，卡迪夫大学教授。约两个月前，她领衔的团队宣布在金星发现了疑似生命的证据，轰动了全世界。

人类历史上，凡是改变视角，改变宇宙观世界观的发现，必然导致划时代的大事发生。

地圆说取代地平说，推动大航海发现新大陆；日心说取代地心说，催生出近代科学开启工业革命；进化论取代神创论，彻底动摇宗教权威引发世界社会变革。

如能发现外星生命，将是了不得的大事，未来只有发现外星智慧生命能盖过它一头。

醋醋与Jane Greaves展开了一场有关外星生命的对话，希望从外部存在反观人类自身，从未来可能推演人类现在。

在这之前，醋醋先梳理一下Jane Greaves重点都讲了些什么。

一、几十亿年前金星可能存在生命

因为在几十亿年前，太阳的亮度不及现在，因此那时金星的表面温度没有现在这么高。比如说当时有可能存在海洋，那么也就有可能孕育出生命。

二、金星地表太热不可能存在生命

但随着太阳的亮度不断增加，金星的环境变得恶劣起来，海洋因为更强的阳光开始干涸，海水蒸发殆尽。水被分解为能够自由逃逸的氢原子和氧原子，这些原子逃逸出大气层之后，就只剩下了今天我们看到的高气压地表。生命在那里不太可能存活，因为条件实在太恶劣了。

前苏联发射了猎人探测器对金星地表进行探测，美国国家航空航天局发射了观察金星大气层的探测器。但它们发回的照片显示，那里的环境极其恶劣。金星的地表就像一个被烤熟了的贝壳，我们认为金星的一部分地表甚至已经被熔化了，而且大气层气压非常高，这是由于金星大气层基本都是由二氧化碳组成的，也就是一种温室气体。

照片中的景象可能只能维持一个小时左右

三、金星云层20度温度适宜

尽管地表条件恶劣，我们认为金星云层的条件也许会好一点，那里更凉爽且更潮湿，可以达到20摄氏度左右，气压与地球表面气压接近。这是目前金星云层的图表，金星大气层的高度远大于地球大气层，高度大概在50千米~60千米，人类打算在未来把重量很轻的气球发射到金星的云层中，通过现代信息与科技开展更多的观测。

四、微生物或能在金星云层存活

但金星大气层还是不适合生命存在，如果把航天员送到金星大气层，他们会发现那里环境恶劣，因为那里90%都是硫酸，而且风势极其猛烈，他们会以每小时几百公里的速度被吹走。

但我们坚持认为也许能够适应这些强烈气流的微小生物可以在那里存活，这是因为地球上存在一种所谓的空中生物圈，微生物或者单细胞可能漂浮在云层中。我们非常倾向于认为有可能存在这样的生物，尽管这种空中生物圈的观点在上世纪60年代就已提出，但截止目前，相关探索并不多。

五、如果金星云层有生命，就会释放出磷化氢

我们想找到磷化氢。为什么目标是磷化氢，因为它是地球生物圈的标志之一，不是空中生物圈，而是像沼泽等（无氧）地方的生物圈。

磷化氢是生活在无氧环境中的微生物的副产品，而金星的云层恰恰就是无氧环境。

六、磷化氢可以被射电望远镜发现

磷化氢分子具有量子效应，它们会旋转，但它们只能吸收一定量的能量。所以它们会跳，就像播放机上的唱片改变转速一样。它们通过吸收某个特定波长的射电波的能量去做到这一点。

金星大气层基本是不透光的，阳光无法到达金星地表，但作为射电天文学家，我有不同的观点。因为射电波可以轻易地穿越大气层和云层，那里是射电波的天然来源，那里有厚厚的一层射电波。

因为磷化氢分子能够吸收来自下方云层的射电波。如果它们吸收的是某个特定波长的射电波，那么我们就可以很容易地通过射电望远镜观测到，并发现它们是如何活动的。

七、两台望远镜都发现了磷化氢

从我的专业角度来说这是比较简单的一种实验，那么为什么不试试呢？开展这项研究并不是因为我们有很大希望能找到生命迹象，我只是单纯认为这是一项很好的研究，通过望远镜观测去验证金星空中生物圈的设想。

我想用我熟悉的一种射电望远镜，也就是这张照片上的麦克斯韦望远镜（JCMT），它位于夏威夷岛的一座高山上。能去那里开展天文学研究是很荣幸的一件事，那座山在夏威夷人心中是神圣的，我非常感谢能有机会与他们合作。

照片上看不到那台望远镜，只能看到它的影子，因为它在这个巨大装置的内部。能在那工作一段时间真的很棒，上世纪90年代我曾使用过那台望远镜，因此我对它的各种装置了如指掌。

这台望远镜已经工作了数十年，现在仍然用于射电天文学的各项研究，对我来说它是完美的。我认为它其中一个装置的精度足以让我们发现想要找的波长，这个装置大约1毫米。如果金星大气层中真的有磷化氢，它就能观测到磷化氢吸收射电波，这就是我们所做的工作。

那里的工作人员为我们提供了帮助，并向我们发送了数据，我看了那些数据，觉得有点混乱。但过了一段时间之后，我们真的观测到了磷化氢对射电波的吸收，这让我大为震惊。我们想板上钉钉，所以我们又去申请使用更为现代的天文望远镜，那就是位于智利高山地区的ALMA天文望远镜。我们通过这个望远镜进行了观测，并证实了我们最初通过麦克斯韦望远镜观测到的结果，那里真的有磷化氢在吸收射电波。

八、金星很难自然合成磷化氢

我们认为像磷化氢这种简单的分子，一定有多种形成的方式。但为什么说它是很好的生物标志，因为如果大气层中没有足够的氢气，就无法形成PH3，因此地球上就没有自然形成的磷化氢。我们也不能简单地认为金星云层中存在自然形成的磷化氢，因为金星上没有多少游离氢，因此形成磷化氢会非常难。如果存在磷化氢分子，它要么会与其它分子快速发生反应，要么会被阳光破坏，所以它不会存在很久。

地球上就有1种~2种自然形成磷化氢的方式，磷化氢气体可能来自火山的喷发物。我们对此并不确定，但这是一种可能的方式。因此我们参考了其他科学家的发现，看一看金星上是否有很多火山。这个问题目前仍然没有答案，因为探测器很难透过不透光的云层拍摄到金星的火山。所以我们采用了雷达测绘技术，从金星地表的雷达测绘图上有时可以看到一些类似热点的东西，然后又消失不见了，这有可能就是火山岩浆冷却并消失的迹象。

因此金星上可能存在火山，但火山强度不足以自然形成磷化氢，更何况火山喷发物中没有水，而地球上的火山喷发物中含有水。水是形成磷化氢的化学反应所必需的成分，地球上到处都有水，但金星地表则是异常干燥的。所以我们觉得金星上的磷化氢并不是来自火山喷发物，即使金星上确实有磷化氢。

因此我和同事们进行数千次计算，这项工作在多个大学和国家合作展开，以确定是否还有其它磷化氢来源。我们建立这些化学模型时考虑到了已知的金星上具有的所有因素，但我们还是没能找到关于氢的来源的答案。金星上的能量比例结构不足以形成磷化氢，因此我们认为一定存在另一种方式可以自然形成磷化氢。

因此我们不得不再次从生物学角度去解释磷化氢的存在，我们知道地球上的微生物可能会以废物的形式产生磷化氢，但这些磷化氢都被释放掉了。

九、金星生命或能在硫酸中生存

我们不得不接受这个观点：金星的云层中是否存在生命？刚才我说金星的云层中90%都是硫酸，但也许，仅仅是也许，生物能以某种方式在小滴的硫酸中存活。这种小滴应该是硫酸和水的混合液体，而不是气体或固体，这也许能让微生物建立起微型生态系统。一滴液体中可能只有几个微生物，它们可能漂浮在云层中，可能会获得一些阳光，也可能会掉落，而包裹着它们的液体可能会蒸发。

这些微生物可能会经历某种孢子期，然后被带来带去，因此它们可能在云层中有某种生命周期，目前对此还没有定论。我们还从没有在地球上在如此恶劣的环境下进行实验，地球上的生物也从没有经历过这样的环境，地球上从来不存在这样的环境。但在金星几十亿年的历史中，也许曾出现过达尔文《进化论》中物竞天择的景象，无论是否是最强健的生命体，它们可能也都曾逐渐进化并适应飘浮在云层中的生活方式。

这就给了我们想象的空间，而我们也确实有想法。尽管金星那样恶劣的环境中可能存在生命的这种想法听起来的确很疯狂，但确实有这种可能性。我们也在通过望远镜持续地观测，围绕磷化氢这个简单的分子开展其它研究，更多地思考我们的化学和实验室能做什么？

这是一张日本破晓号轨道探测器拍摄的金星照片，它观察着金星高空云层中的神秘变化。我们希望开展更多工作，我们希望能发射更多探测器，我们希望可以降低探测气球的高度，我们希望能长期在云层中漂浮探测，我们希望能最终找到那里的答案。我认为这将是未来几年激动人心的挑战。

2020腾讯科学WE大会Jane Greaves演讲视频

醋醋对话Jane Greaves教授

醋醋：如何进一步检验金星生命存在的证据，直至确认金星是否存在生命，请问接下来有什么计划？

How can you further examine the evidence of life on Venus until it is confirmed? What are your next research plans?

Jane Greaves：我们在检查数据，确保分析无误。等新冠肺炎疫情缓解一些后，望远镜即重新开启。我们计划着手设计新的实验和太空任务。

We are checking all our data were analysed perfectly, and waiting for telescopes to open again once the covid situation is safer. We plan to start designs for some new experiments and space missions.

醋醋：除了金星，太阳系还有哪些星球可能存在生命，支持可能性的证据主要有哪些？

Besides Venus, what other planets in the solar system might have life, and what are the main evidence supporting the possibility?

Jane Greaves：火星和一些冰封卫星的次表面储水层可能存在生命，可见水的重要性。一些有机分子从土卫二释放出来，但我们并不知道它们是否只是化学方法造出的重组碳携带分子。

Mars and some of the sub-surface water-reservoirs of icy moons might have life, given the importance of water. There are some organic molecules venting from Saturn's moon Enceladus, but we don't know if those are just heavy carbon-carrying molecules made by chemical means. 

醋醋：2018年英国牛津大学人类未来研究所（Future of Humanity Institute）发表在《皇家学会报告》（Proceedings of the Royal Society of London）的一篇论文《破解费米悖论》（Dissolving the Fermi Paradox）用概率分布而非归于某个数量的方法来计算德雷克方程，得出人类可能是银河系甚至整个宇宙唯一智慧生命的结论（人类在银河系中是唯一智慧文明的概率是53%~99.6%，而在可观察宇宙中的“孤单”概率是39%~85%），德雷克方程并非一个严格意义的数学方程，基于数学方法来测算智慧生命的存在概率您认为有实际意义吗？您如何看待这个结论？

In 2018, the Future of Humanity Institute at the University of Oxford, UK, published the article Dissolving the Fermi Paradox in the Proceedings of the Royal Society of London. Calculate the Drake equation with probability distribution rather than attributing to a certain quantity, and draw the conclusion that humans may be the only intelligent life in the galaxy or even the entire universe (the probability that humans are the only intelligent civilization in the galaxy is 53%~99.6%, The probability of being "lonely" in the observable universe is 39%~85%). Drake is not a strictly mathematical equation. Do you think it has practical significance to measure the probability of the existence of intelligent life based on mathematical methods? What do you think of this conclusion?

Jane Greaves：我认为已经有一些团队采取了这种全新而更好的方法，运用了值的分布。答案不一，根据一些测量参数的选择，特别是我们无法实际测量的：一段互通的文明到底可以持续多久？我们目前已经掌握了其中一些的有效值，比如星球的出现频次。生命探测方面的实验设计是有实际意义的，也就是说要考虑到多少个恒星系统。

I think several groups have adopted this new and better approach using distributions of values. The answers still vary, according to choices for some of the parameters, especially the one we can't really measure: how long does a communicating civilisation last? But, we now have good values for some of them, such as the frequency of planets. There is practical significance in designing life search experiments, i.e. how many star systems to look at.  

醋醋：如果金星生命获证，光太阳系就有两颗星球出现了生命，是否意味着生命在宇宙中是一个普遍现象？智慧生命的存在也不会罕见？

 If life on Venus is confirmed, there are two planets that exist life in the solar system. Does it mean that life is a common phenomenon in the universe? Would the existence of intelligent life be not rare?

Jane Greaves：很难说金星和地球的构造可能是相似的，于其他行星系统而言，细节也许是有差异的。

It's very hard to say. The formation of Venus and Earth was probably similar, maybe the details were different in other planetary systems.  

醋醋：费米悖论的矛盾来自于理论上智慧生命普遍性与观测中智慧生命单一性的冲突，近年来不断增加的科学发现反而加剧了这样的冲突，从发现系外行星到宜居行星再到金星生命的可能性，支持智慧生命普遍性的证据越来越多，但同时从阿雷西博望远镜到中国天眼FAST，以及哈勃、斯皮策、开普勒等天文望远镜的前仆后继，均未能发现外星文明的存在，您怎么看这种似乎反常的现象？如果韦伯望远镜在2021年成功升空，是否可能带来新的突破？

The contradiction of Fermi's paradox comes from the theoretical conflict between the universality and the unity of intelligent life in observations. In recent years, the increasing scientific discoveries have intensified such conflicts, from finding exoplanets to habitable planets to Venus, the possibility of life on the evidence of intelligent life universality was more and more, but at the same time, from the Arecibo telescope to the Chinese Sky Eye FAST, as well as the Hubble, Spitzer, Kepler, and other astronomical telescopes, all failed to discover the existence of extraterrestrial civilization, what do you think of this seemingly abnormal phenomenon? If the Webb telescope is successfully launched in 2021, could it bring new breakthroughs?

Jane Greaves： 也有可能是，智慧的生命体在一段较短时间内，运用了我们可以理解的互通形式。比如说，我们如今用光导纤维，远超过无线电信号50年的使用效率。所以另一种文明可能只是非常短时间内意识到我们使用了无线电，可相对人类来说就是50000年甚至更久。

It may be that intelligent life uses a form of communication we can recognise for only a short time. For example, we now use optical fibres, much more than the radio signals used for ~50 years. So another civilization could only have noticed us as radio-users for quite a short time, compared to say 50,000 years or more of humanity.  

醋醋：未能发现外星文明可以归咎于当前观测技术还不够发达，但是似乎也没有发现先进外星文明光临地球或太阳系的迹象，于是所有智慧生命都无法跨过星际旅行这道关口的大过滤假说成为费米悖论较为大多数人接受的一个解答，您怎么看大过滤假说，您如何解答费米悖论？

The failure to find extraterrestrial civilization can be attributed to the insufficient development of current observation technology, but it seems that no signs of advanced extraterrestrial civilization coming to the earth or the solar system have been found, and all intelligent life cannot cross the big filter hypothesis of the interstellar travel this mark as the Fermi paradox relatively most people accept an answer, what do you think the big filter hypothesis and how do you think of the Fermi paradox?

Jane Greaves：是的，距离是阻碍，因为光速是固定的（最大的问题）要到达我们最邻近的星球要花上四年甚至更久的时间。甚至发射自动航天探测器行驶数千年，我不知道-等我们以一种可以识别他们的物种出现的时候，他们还存在吗？

Yes, travel is a barrier, because of the fixed speed of light (and maximum for matter). So it would take 4 or more years to reach our nearest star neighbours. Even sending robotic probes that travelled for thousands of years, I don't know - would they survive until we came along as a species that could recognise them?

接下来，醋醋将写一篇有关“费米悖论”的文章，采用一种全新的视角给出全新的答案，将极富争议性，这也是醋醋一直斟酌发表的原因。

不过，在科学探索的道路上争议是最忠实的同行者，Jane Greaves有关金星磷化氢的发现近日也遭遇了争议，有科学家认为论文的数据处理有问题，所谓的磷化氢信号过拟合了，他们从验证结论时所用的12阶多项式，到观测数据处理的方式，全都“炮轰”了一遍。

合理质疑是好事，这就是科学真实的样子。不断地探索发现，才会让真理越辩越明。这件事情，目前仍在发酵中。