首頁 >> 新聞動態 >> 科研動態

科研動態

JCMT望遠鏡在金星上發現生命迹象

發表日期:2020-09-15來源:放大 縮小

  北京時間9月14日,由英國卡迪夫大學Jane Greaves教授領導的國際天文學家團隊宣布在金星雲層中發現了一種稀有分子——磷化氫。在地球上這種氣體只在工業或在無氧環境中繁衍的微生物才會産生,磷化氫的發現可能會指向這種地外“空中”生命。這項最新研究成果已發表在《自然·天文》雜志。 

  天文學家數十年來一直推測,金星上的高空雲層可能爲微生物提供了合適的環境——遠離灼熱表面自由漂浮,可以接觸到水和陽光,但需要忍受很高的酸度。磷化氫由氫和磷構成,它的探測發現可以指向地外“空中”生命。 

  金星雲層中磷化氫的首次發現是利用由東亞天文台運行的麥克斯韋望遠鏡(JCMT)完成的。該團隊隨後獲得了ALMA觀測時間用于進一步追蹤發現。ALMA是智利由45台望遠鏡組成的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列。這兩台設施都以約1毫米的波長觀測金星,這一波長比人眼能看到的長得多——只有高海拔的望遠鏡才能有效地探測到它。Jane稱,“我們最終發現兩個天文台看到的是同樣的東西——在磷化氫氣體相應波長上的微弱吸收譜,其分子被下方較熱的雲層點亮。” 

  天文學家隨後進行了計算,以確定磷化氫是否會來自金星上的自然過程。麻省理工學院的科學家William Bains博士領導評估磷化氫天然生成方法的工作。其中包括太陽光、從地表吹來的礦物、火山或閃電,但這些都無法制造如此足量的磷化氫。研究發現,天然源最多只能制造出望遠鏡所看到磷化氫數量的萬分之一。相比之下,研究團隊發現,要在金星上産生觀測到數量的磷化氫,陸地有機體只需要以其最大生産力的10%左右工作。不過,很可能金星上的任何微生物都與它們的地球表親有很大不同。地球上的細菌可以吸收磷酸鹽礦物,添加氫氣,並最終排出磷化氫氣體。 

  作爲團隊成員的麻省理工學院研究人員Clara SousaSilva博士,曾想過利用磷化氫作爲“生物特征”氣體來搜尋其他恒星周圍行星上不使用氧氣的生命,因爲正常的化學反應生成磷化氫很少。她說,“在金星上發現磷化氫是意料之外的收獲!這一發現引出了許多問題,比如任何生物體如何能夠生存。在地球上,一些微生物可以應對環境中高達約5%的酸——但金星的雲層幾乎完全由酸組成。” 

  研究團隊認爲這一發現意義重大,因爲他們可以排除許多制造磷化氫的替代方法,但他們承認確認生命”的存在還需要做很多工作。盡管金星的高空雲層溫度達到舒適的30攝氏度,但它們的酸性令人難以置信——約90%的硫酸——給微生物在那裏生存帶來了重大問題。麻省理工學院的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護自己。 

  研究團隊現在等待更多的望遠鏡時間,以確定磷化氫是否處在雲層中相對溫和的部分,並尋找其他與生命相關的氣體。這一結果對尋找太陽系外的生命也有影響。 

  听到这一JCMT研究结果时,JCMT副台長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圖像,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進行前沿研究的廣度。我爲我們夏威夷所有工作人員的努力感到非常高興。”

  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、国家天文台副台長薛隨建说:“麦克斯韦望远镜,虽然工作在毫米亚毫米波段,类似光学-紅外望遠鏡,具有多色成像、特別分子譜線分光和偏振等綜合科學性能,因而可以承載從宇宙早期星系形成,銀河系和近鄰星系中的恒星形成過程的諸多天文課題研究,太陽系天體大氣成分觀測,是行星科學研究的前沿,也是天文、地質和生命科學的交叉領域前沿,方興未艾。” 

  麥克斯韋望遠鏡直徑爲15,是世界上最大的單天線天文望遠鏡,設計運行在電磁波譜的亞毫米波段。它位于夏威夷的Mauna Kea科學保護區內,海拔4092,用于研究太陽系、星際和環星塵埃和氣體、演化的恒星和遙遠的星系。 

  JCMT中國科學院天文大科學中心(CAMS)、日本國立天文台(NAOJ)、韓國天文和空間科學研究所(KASI)、中研院天文所(ASIAA共同發起的東亞天文台(EAO)運行管理,中國科技部大科學裝置前沿研究重點專項“恒星形成與星際介質的研究”提供部分基金支持。英國科技設施委員會(STFC)簣D幽么蟮膮⑴c大學提供額外的資金支持。Nāmakanui是由中研院天文所支持和建造的,東亞天文台爲230GHz混頻器提供了資金支持。Nāmakanui是格陵蘭望遠鏡的備份接收機。 

  研究論文链接: https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4。 

   

  1.金星,磷化氫分子,和JCMT(白色)與ALMA(橙色)探測的磷化氫譜線。圖片版权:JoannaP?tkowska 

    

    2.JCMT早晨开始观测,圖中Maunakea的影子在Hualālai後方升起,格外顯眼。由于在亞毫米波段運行,JCMT以在白天進行觀測。圖片版权:Tom Kerr, UKIRT 

   

  3.JCMT副台長Jessica Dempsey在現已退役的儀器RxA3m旁邊,該儀器首次在金星上探測到了磷化氫。此後,該儀器已被一個名爲Nāmakanui的更強大的儀器所取代,該儀器可供所有EAO天文学家使用。圖片版权:Harriet Parsons, EAO/JCMT 

附件: