磷化氢不存在那么金星上会有生物生存吗?
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发布时间：2024-10-11 02:23
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时间：2024-10-14 02:55
行星科学史上最大的意外之一是，2020年9月的一项研究宣布金星云层中存在磷化氢气体：这可能是生物过程引起的诱人暗示。磷化氢（PH3）与氨化氢（NH3）在化学上相似，但磷化氢（PH3）仅通过生化过程在地球上自然产生，据称在金星中以20亿分之十的水平存在。JCMT和ALMA这两个独立的观测站都声称可以检测到该信号，因此该信号看上去很强。
图注：在许多方面，金星是太阳系中与地球最相似的行星。具有可比的质量和半径，它可能在数亿甚至数十亿年的时间里拥有水、潮湿的，并且与人类一样对生命友好。如今，其浓厚的硫酸气氛使它的表面不适合居住，但具有广泛的化学反应潜力。
这一发现提出了令人兴奋的可能性，即金星的云是生命的家园，而这些生物生命形式正在产生这种膦。实际上，太阳辐射产生的光化学过程，热力学大气效应产生的化学过程以及表面化学反应产生的地球化学过程都被认为不足以产生这些水平的膦。
那么，难道是生化过程中产生的吗？也许。但这是假设磷化氢确实存在的前提下，一项新的研究刚刚提交，这个研究对整个磷化氢探测提出了质疑。并且刚刚提交了一项新研究，这使整个检测都令人怀疑。
早在9月，由简·格里夫斯（JaneGreaves）教授领导的一组科学家宣布通过在天文学中应用一种众所周知的非常简单的技术来发现磷化氢（PH3）。
他们在光谱的无线电部分测量了光，根据先前的观测结果模拟了大气的已知成分和条件，预测了当光分解成各个波长时应该出现什么信号，预测如果实际上存在（或不存在）磷化氢应存在（或不存在）哪些特征，然后在光谱上分解该光，以分析该光以确定磷化氢的存在和丰度。他们在来自JCMT和ALMA的两个独立数据集中看到的是在相同波长和相同信号强度下的吸收特征，表明存在某种东西导致无线电波被特定频率吸收，该频率对应于磷化氢分子中的自然转变。如果正确执行了此分析，则表明磷化氢确实存在。
立即并且完全可以理解，这引发了炒作的风暴。这种磷化氢是如何形成的？是什么原因导致它的存在，它在中纬度和40至60km的海拔高度上表现最强：在金星的“温带”中或附近，那里的温度和气压与地球表面的温度和气压相似？
好吧，磷化氢自然存在于地球上，因为厌氧环境中的细菌（据推测是大肠杆菌的一种形式）会产生磷化氢。金星的大气是一个厌氧环境，在金星的条件下是行不通的。我们可以通过受控的化学反应在地球上人工生产它，但是这些条件也不适用于金星。
发现小组推测，也许确实是由于金星在特定高度上的云层中存在生物，如果它们的密度接近最大可能的上限，它们就会产生足够的磷化氢。
但是还有另一种可能的解释，即如果我们是负责任的科学家，则必须考虑。数据的分析方式可能存在缺陷，也许这意味着根本不存在磷化氢。从生化到热力学再到无机化学途径，我们一直在推测可能导致该分子存在的原因的途径之前，我们必须确保我们没有完全在自欺欺人。即使我们尽了最大的责任，我们也必须排除我们的分析导致我们得出错误结论的可能性。
我们可以做的第一个合理的检查是查看较旧的数据：来自过去探过金星大气层的任务。1978年，Pioneer-Venus大探针中性质谱仪问世，它测量了金星云层内不同高度的中性气体质量。特别是，它们对50-60km之间的气体敏感，这在最近的数据支持存在磷化氢的区域中是正确的。在宣布“关于金星大气中磷化氢”发布不到两周后，一个团队重新检查了该数据，以查看其是否与磷化氢一致。
通过大规模分解金星的大气成分，他们发现是：
明确存在原子磷（P），存在指示磷化氢（PH3）或其与硫化氢（H2S）混合的信号，氘化膦（PH2D）也明确存在，其中磷化氢中的一个氢原子的原子核具有中子。原子磷可能是磷化氢的一个组成原子，其他原子团（例如PH和PH2）也可能被检测到。以前，可能是磷化氢的特征归因于硫化氢，但这种重新分析表明磷化物可能构成部分甚至所有信号。不过，这些数额与格里夫斯等人的研究表明的一致吗？据提交人称：
“虽然峰强度很低，但它们可能与格里夫斯等人报道的20ppb丰度相符。”
所以，也许，较早的数据并不能给我们灌篮，但也不会不利于磷化氢。
那其他观察结果呢？我们多年来一直在光谱的红外部分监视金星，与无线电观测所揭示的相比，它在不同的高度揭示了不同的分子特征集：探测金星大气层的云顶。自2012年以来，这些观察结果使我们能够确定二氧化硅（SO2）和水分子（H2O）的存在与分布。
“由于在此频率下没有任何特征，我们得出[99.7％可信度]5ppb的上限...”
表示他们不赞成无线电数据得出的结论，而是认为，
“我们的上限与整个中层中20ppb的恒定混合比不兼容，正如格里夫斯等人宣布的那样。（2020）。”
但是，最直接的反驳是，事实证明，高质量的ALMA数据毕竟表明磷化氢的存在，而该数据是迄今为止磷化氢存在的最有力证据。这将是一个非同寻常的反驳，因为原始研究声称可以以惊人的15-sigma置信水平明确地检测出与磷化氢一致的光谱线。15-sigma结果错误的几率大约与在一个可观察的宇宙中获取一个亚原子的抽签彩票的几率。
2020年10月19日，一份论文已提交给arXiv：预印服务器，几乎所有天体物理学论文都在此发表。通过对原始ALMA数据本身进行独立的重新分析，他们以可比的置信度找到了此类信号的痕迹。实际上，他们的重大发现可以归纳为两点：
原始团队处理数据的方式存在缺陷，他们证明了这些错误会导致错误的高置信度信号，
并且，当他们（正确）处理数据时，出现的最“可信”信号甚至没有达到2σ置信度，这被视为不可检测。
分析中的缺陷。在作为天文学家的行星上进行光谱分析时，通常要做的事情如下：
您的仪器会采集数据，您可以根据特定于该仪器的处理脚本来处理数据，您需剔除在对仪器有干扰的地方测得的数据（例如，太靠近行星的高山地区），您可以通过将数据收集到一系列狭窄的连续间隔中来“合并”数据，您减去（相邻两者相似但起首与末尾截然不同的）连续体，您可以对（但不包括）您希望信号出现的区域周围的仪器纹波进行建模，您从感兴趣的区域中减去了建模区域的最佳拟合（稍后将详细介绍），然后您分析剩下的内容以查找是否存在特定特征。问题是，最后一步是强大的，但潜在的危险。通常，您希望去除噪声结构和仪器效果，同时保持真正的光谱要素完好无损。这是最初的（格里夫斯等人）团队所做的，这就是他们如何发现磷化氢。
但是由伊格纳斯·斯内伦（IgnasSnellen）领导的再分析小组发现，格里夫斯（Greaves）等人使用的拟合减法方法。研究小组认为“光谱特征和人工结果的重要性被严重高估了”。换句话说，声称的磷化氢检测是不可靠的，因此他们继续演示如何进行。
检测信号"消失"，没有不当的分析技术。上图是斯内伦等人的"图2"，您应该将图2作为两半。前半部分显示了光谱的六个区域：连续减法之后，但在对仪器纹波建模之前。原始数据以窄条形图样式显示，其上面覆盖着"最佳拟合"模型：平滑、连续的曲线。
后半部分显示了相同的六个区域，但从中减去了"最佳拟合"模型。正如你可以清楚地看到，吸收功能坚持在所有六个区域，如一个疼痛的拇指。
但这就是问题所在：这六个方框的左上角对应于声称检测到磷化氢的区域；其他五个框完全对应。所有六个区域都具有极高的信噪比。对于所有六个区域，结论应该是相同的：那里什么也没有。根据斯内伦的论文：
“它表明，[格里夫斯等人]遵循的程序是不正确的，并且会导致杂散的高信噪比线。”
相反，斯内伦的团队认为，采用一种更为温和的噪声去除程序来处理数据的可信度更大：这不会导致虚假的高信噪比线路。完成后，信噪比仅为2左右。根本没有去除任何噪声，信噪比仅为1左右。正如斯内伦的团队正确指出的那样：“在天文学中，[信噪比]这么低的特征通常被认为在统计上并不重要。”
那么，这一切意味着什么呢？这意味着，正如格里夫斯等人团队所宣称的，对磷化氢的初步检测突然陷入巨大的怀疑。如果他们像这项新工作所主张的那样以一种不合理的方式分析了他们的数据，那么这种化学特征毕竟可能不存在。这份新论文仍然需要经过同行评审过程，我怀疑原始团队会自行进行重新分析，以查看得出的结论。
在最初似乎没有特别证据的情况下，我们需要回到默认位置：金星没有证据表明它是一个生物活跃的世界。除非对此新的分析提出反驳，并且证明最初的工作是正确的，否则金星上存在磷化氢的想法是无稽之谈。
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时间：2024-10-14 02:55
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