金星大气层中发现磷化氢，这意味着金星上存在生命吗？磷化氢为什么会被作为生命存在的证据？
磷化氢，一个“神秘”的气体
首先，我们得明白磷化氢（PH₃）到底是个什么东西。它是一种无色、有剧毒且有强烈蒜味的气体。在地球上，我们知道它有几种主要的产生方式：
地质活动： 在一些特定的地质环境中，比如深海热液喷口或者火山活动活跃的区域，磷化氢可能会以非常微弱的量存在。
人造过程： 工业生产中，磷化氢也会被合成出来。
生命活动： 这是最关键的一点！在地球上，绝大多数磷化氢的产生都与厌氧微生物（也就是那些不需要氧气就能生存的微生物）有关。这些微生物在它们的新陈代谢过程中，会将磷酸盐还原成磷化氢，然后释放到环境中。
为什么磷化氢会被视为生命存在的证据？
关键就在于“生命活动”这条。科学家们在分析金星大气层的化学成分时，发现那里存在着相当数量的磷化氢。他们运用了各种望远镜，包括智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）和夏威夷的詹姆斯·韦伯太空望远镜（这部分信息是假设，因为2020年的发现主要依赖ALMA，但随着技术发展，未来可能会有更详细的观测），对金星大气层进行了细致的扫描。
结果令人惊讶：在金星上半球的平流层（大约离地表53公里处），检测到了磷化氢的信号。这个高度的温度和压力相对温和，勉强可以称得上是“宜居带”的边缘，至少比金星表面的酷热（超过400摄氏度）和高压环境要“舒适”得多。
那么，为什么这个发现如此重要？
1. 缺乏已知的非生物来源： 科学家们费尽心思去寻找那些能够解释金星大气层中磷化氢的非生命“化学”或者“地质”过程。他们考虑了各种可能性：
火山活动： 金星是一个地质活动非常活跃的行星，理论上火山喷发可能会释放一些磷化物。但是，计算表明，即使是极其剧烈的火山活动，也难以解释探测到的磷化氢浓度。而且，科学家们也仔细分析了其他与火山活动相关的气体，并没有发现与之匹配的现象。
闪电： 金星上存在闪电，闪电的高温和高能可能会引发一些化学反应。然而，同样的研究表明，闪电的能量不足以持续产生如此大量的磷化氢。
陨石撞击： 偶尔的陨石撞击也可能携带含磷物质，并引发化学反应。但这类事件的频率和规模，也无法解释长期稳定的磷化氢含量。
未知的化学反应： 尽管科学家们承认可能存在我们尚未了解的化学过程，但到目前为止，没有一个模型能够令人信服地模拟出金星大气层中的磷化氢。
2. 与地球生命迹象的关联： 如前所述，在地球上，磷化氢最主要的来源就是厌氧微生物。因此，当科学家在另一个星球上发现了它，并且找不到合理的非生物解释时，自然而然地就会联想到生命的可能。这是一种“排除法”，当所有已知的非生命解释都站不住脚时，生命便成为了一个越来越有吸引力的选项。
“生命”的证据，还是“生命的迹象”？
需要强调的是，发现磷化氢，并不能直接跳到“金星上有外星人在那里散步”这样的结论。科学研究总是谨慎而严谨的。更准确地说，磷化氢的发现被视为一个“生物标志物”（biosignature），也就是一个可能指示生命存在但需要进一步确认的迹象。
科学家们之所以如此兴奋，是因为磷化氢的出现，为金星潜在的生命存在提供了一个非常具体的、值得深入探索的线索。它就像是在广袤的宇宙中，突然亮起的一盏小灯，引导着我们去寻找更多的证据。
接下来的问题与挑战
尽管磷化氢的发现令人振奋，但它也带来了更多的疑问和挑战：
确认磷化氢的来源： 最迫切的任务是进一步确认磷化氢的浓度、分布情况，以及它是否真的如初步研究所示，无法用非生命过程解释。这需要更先进的观测设备和更精密的模型。
生命形式的可能性： 如果金星上真的存在生命，它们会是什么样子？鉴于金星恶劣的环境，如果生命真的存在，它们很可能是一种非常适应极端环境的微生物，生活在相对温和的上层大气中。它们可能以大气中的化学物质为食，并在这个过程中产生磷化氢。
未来探测任务： 这一发现极大地推动了对金星进行更深入探测的计划。未来的探测器可能会携带更精密的仪器，直接采集金星大气样本，进行详细的化学分析，甚至尝试寻找构成生命的有机分子。
总而言之
金星大气层中的磷化氢，就像一个宇宙抛来的“谜题”，它巧妙地将我们引向了生命存在的可能性。它之所以会被视为生命存在的证据，是因为在我们的认知中，它是如此强烈地与地球上的生命活动联系在一起，而目前又找不到足够令人信服的非生物解释。这并不意味着金星上“一定有生命”，但它无疑为“金星生命说”打开了一扇重要的窗口，鼓励着我们去继续探索，去追寻更确凿的答案。这正是科学的魅力所在：一个发现，可能只是一个起点，却能激发无限的想象和不懈的追求。
网友意见
不长篇大论，简要来说：
1.除了气体巨星型行星，非生物因素很难在行星大气层中形成磷化氢，岩石核深处形成的磷化氢通过地质活动可能释放入大气中的数量也很少。即使是金星的变态高温高压大气，也远没有达到土星等气体巨星的水平，故而研究者提出假设，猜测金星大气中的磷化氢由生物因素形成。
2.磷化氢在地球上是厌氧细菌特异性产生的一种化合物，可以依据磷化氢浓度来探测发现厌氧细菌群落。故而可以佐证这个猜想。
3.以上毕竟还是假设猜想。不过真被验证了也不奇怪。地球和金星每年通过小型天体完成的物质交换都很多，在太阳系行星形成早期时代更密集，近几十年又有苏联探测器去过，地球起源的厌氧菌进入金星大气并独立演化适应环境也不是太稀奇的事。
只能说一种可能，并不意味着绝对。
这次金星发现的PH3（磷化氢）到底是个什么东西呢？为什么大家会如此兴奋？
一、基于地球认知的生命气体
磷化氢是一种无色、剧毒、易燃的储存于钢瓶内的液化压缩气体，化学式为PH3。
不过这种气体并不一般，因为，它一般不容易生成。或者说，它一般很难通过天然的环境来生成。
而与之对应的是，这种气体很容易在生物代谢中生成，尤其是在缺氧情况下，厌氧生物会生成。
在大家熟知的自然厌氧环境以及污水和垃圾填埋气体中这种有毒气体的存在。
比如下图是用猪粪发酵时候产生的PH3（另外的CH4也是大家熟悉的沼气主要成分——甲烷）
而可以生成它的菌类，也是厌氧生物
不过，要是纯粹的天然环境，没有生物的话，生成PH3，就有点麻烦了，
比如工业上制备PH3，反应如下
3 KOH + P3 KOH + p4+ 3 H+ 3 h2O → 3 KHO →3 KH2PO+ PH+ PH 3
而已知的天然环境中，是缺乏足够强的还原剂来直接将磷酸盐转化为磷化氢。
正因为如此，大家才认为，这种气体，应该是生命活动的痕迹，或者干脆说，是厌氧生物的产物。
事实上，地球大气中其实是存在磷化氢的，尽管浓度非常低。
比如下图是多个研究检测到的大气中磷化氢的含量[1]。
至于为什么不用其他气体，主要还是在于PH3频谱比较特殊，容易和其他生命特征频谱分开。
二、为什么认为金星可能存在生命。
基于地球的认知，我们认为，PH3应该是厌氧生物的产物。
而这次金星的发现，似乎符合了这个推测[2]。
下图是这篇文章的核心证据：
10 ppb的磷化氢，当然，作者也排除了一些其他因素，比如气体反应，光/地球化学反应或外源性非平衡输入是否可能在金星上产生PH3等等，认为生物产生的可能性更大。
当然，金星环境并不是大家认为的那么恶劣。
比如金星的大气条件不错，温度也还可以，0-60℃，压力也海星，0.4-2个大气压[3]。
比如硫化物，二氧化碳和水，如果非要对比，假定金星有生命。
那么金星的生命可能处于地球这个时期——35亿年前的地球。
那个时候，地球上可能是大量的厌氧菌，直到32亿年前，地球才开始有了光合作用大量出现，把氧气释放出来。
三、结论尚早
那么我们是否可以认定金星就是存在厌氧生物呢？
答案是否定的。
1，首先，我们并没有直接的证据表明金星存在厌氧生物。
事实上，到目前为止，我们并没有获得任何地外星体存在任何生物，所以，真正要确定，那么需要我们捕获到金星的微生物。
2，磷化氢是否可以作为生命的金标准？ 这一点我认为是值得商榷的。
尽管我们一般认为地球上是缺乏足够多的还原剂来生成PH3，但是以此来推测金星一定如此，这个证据链是不完整的。
3，不只是金星
事实上，木星湍流大气中也发现了PH3。
但是众所周知，木星是个气球。而木星的ph3是在其炽热的内部形成，并与上层大气中的其他化合物发生反应。
————2年前一篇更好玩的文章————
我想起了2018年的另一篇研究，也是很有意思的，比这篇nature更加的详细[3]。
他们首先对比了金星和地球的大气光谱情况，发现二者是相反的。
因为地球大气是有21%的氧气，所以金星和地球是相反的。
接下来，发现金星的大气存在未知物质的光谱吸收（尤其是330-600纳米间）。这一点也是核心的出发点。
FIG. 2.Venus' spectra as measured by Morozet al.(1985), Irvine (1968), Travis (1975), Wallaceet al.(1972) (scaled geometric albedo), MESSENGER (Perez-Hoyoset al.,2013; Pérez-Hoyoset al.,2017), and Barkeret al.(1975), including the unexplained absorption, as calculated from the difference between the VIRA cloud model and the MESSENGER spectra. The real Venus spectrum varies with location and time, so the residual curve is illustrative and not definitive.
和地球已知的一部分生物的频谱做个比较瞅瞅呢？
对比大肠杆菌（e.coli）以及Acidithiobacillus ferrooxidansFe–S蛋白和Acinetobacter gyllenbergii的 过氧化氢酶（catalase）光谱（A）和各种辅因子和生化分子，包括生物蝶呤（biopterin），类胡萝卜素（carotenoids）和叶绿素（ chlorophylls）a，b和f（B）
嗯，有相似处，如果金星的云层确实蕴藏着生物，那么就可以很好地解释这些光谱重叠的特征。
用作者的话，那是非常相似（tantalizingly）。
tantalizingly similar to the absorption properties of terrestrial biological molecules
于是，咱朝着金星有生物的这个假设继续放飞，
进一步计算金星如果存在厌氧生物，那么它们产生PH3的方式
1，金星的磷化氢浓度不低
这意味着，这不是一种偶然的现象，而且形成如此高浓度，理应是由大量的厌氧生物产生的。
2，按照金星的运动轨迹，理论上应该有持续不断地厌氧生物在产生磷化氢，才能维持其大气中的磷化氢浓度。
3，金星的大气方式是有利于生成生命的。
早在1967年，研究人员就提出了金星的宜居性，1999年Cockell 提出，中低大气层的条件是适合生物生存的。尽管海拔太高了可能会冰冻，但是并不见得会杀死微生物。
而金星本身具备了一些客观的可以诞生生命的理化条件，比如硫化物，二氧化碳和水。
于是，他们做了一个假设推论：金星可能是有厌氧生物持续生成PH3。
最后，寻找地外生命一直是仰望星空的一个重要意义。宇宙这么大，我们理应不孤独。
Glindemann, Dietmar, Ulrich Stottmeister, and Armin Bergmann. "Free phosphine from the anaerobic biosphere."Environmental Science and Pollution Research3.1 (1996): 17-19.
Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W.et al.Phosphine gas in the cloud decks of Venus.Nat Astron(2020).
Irwin, Louis N., and Dirk Schulze-Makuch. "The Astrobiology of Alien Worlds: Known and Unknown Forms of Life."Universe6.9 (2020): 130.
Schulze-Makuch, Dirk, et al. "A sulfur-based survival strategy for putative phototrophic life in the Venusian atmosphere."Astrobiology4.1 (2004): 11-18.
题目谈到的论文：
Greaves, J.S., Richards, A.M.S., Bains, W.et al.Phosphine gas in the cloud decks of Venus.Nat Astron(2020).
在金星大气里发现了浓度可达十亿分之二十的磷化氢。
恒星与气体行星可以在内部高温高压的环境用非生物途径自然地产生磷化氢、通过对流送到高层大气，人类在木星和土星的大气里都已检测到磷化氢。但是，对金星、火星这样的类地行星来说，地下深处产生的磷化氢很难穿过岩石圈释放出来[1]，大气的压强、温度等条件并不适合非生物途径产生大量磷化氢，而磷化氢在紫外线照射、氧气接触等条件下很容易发生化学反应，必须有持续的来源才能维持它在大气里的浓度。
因此，对类地行星来说，在大气里检测出大量磷化氢，有很大可能意味着存在碳基厌氧生物。
在地球上，只有厌氧微生物的代谢和人类的工业能持续产生大量的磷化氢。地球大气的磷化氢浓度约万亿分之一。
金星底层大气的压强较大（约90标准大气压）、温度很高（400~485摄氏度），还有大量的酸性物质，但光靠这些也不能产生科学家们发现的这么多磷化氢——事实上，科学家们讨论了从270开尔文到1500开尔文的温度、从0.25巴到10000巴的大气压的环境下75种化学反应途径，都不允许在金星已知的大气成分与地表状况下解释观测事实。
所以，厌氧碳基生物成了可能的解释。
这是讨论磷化氢作为类地行星生物特征分子的文章：
这不是绝对的。我们并没有把握说“没有非生物途径能在金星上持续制造大量磷化氢”，但即便结果真是非生物成因，也能帮将来的宇宙生物学研究少走不少弯路。
人类早已知道金星大气里特定高度的区域允许地球生物圈里的一些成员生活。这是讨论金星大气细菌生态系可能性的文章：
这是描述金星大气微生物可能的生命周期的文章：
Seager, S. et al. The Venusian lower atmosphere haze as a depot for desiccated microbial life: a proposed life cycle for persistence of the venusian aerial biosphere.Astrobiology
参考
- ^ 火山、地震之类可以偶然释放，但不能持久
生命迹象（biosignature）的搜寻是时下一个挺热门的领域。
对于太阳系内的行星，我们还可以发探测器过去直接采样、实验；对太阳系外的行星，我们只能遥远地观测它们的大气层，看看它的光谱特征，来推测那里存在哪些化学成分。
大气层中的一种气体要能被视作“生命迹象”，需要满足一些基本的条件：它最好只能从生命活动中产生，而不能由非生命的活动，诸如地质活动、大气和水体中自然产生的化学反应产生；它需要能产生足够强的谱线特征；它要能积累到足够多，不能在达到可观测的量之前就被其他过程耗散掉。
从地球的经验看，氧气、甲烷等生命活动容易产生的气体都是典型的“生命迹象”成分。
但是地球上的氧气是原始海洋中的蓝藻经过数十亿年活动才积累出来的，地球生命也不是一开始就生活在有氧的环境中。所以值得考虑的问题是，在厌氧环境中，生物除了氧气，还会制造些别的什么产物？
2019年，一组天体生物学家考虑了磷化氢（PH3）这种恶臭的气体（Phosphine as a Biosignature Gas in Exoplanet Atmospheres）。
他们提出，磷化氢的性质让它可以满足作为一种生命迹象示踪气体：
- 它的谱线特征很强，而且容易跟其他成分的特征区分开；
- 磷化氢很难沉积到气溶胶中；
- 最重要的是，人们现在不知道有什么非生命过程可以产生它，它似乎只跟一些厌氧生物的活动相关；
- 磷化氢还有一个可以说好，也可以说不好的性质：它很容易被反应消耗掉，所以需要持续大量产生才能维持足够量的存在。
第3点决定了它跟生命活动的强相关；第4点决定了它跟现存生命的强相关。
今晚11点即将在英国皇家学会正式发布的这条大新闻，将会宣布在金星大气层中发现磷化氢的消息。
本来这条消息是保密的，但两天前被某网站失约泄露了，于是提前炸裂。
我想说的是，这固然是一个看上去很有希望的发现，但是还不能直接说发现了生命。
就像我们看到双中子星相互绕转的轨道越来越紧，只能说这种现象符合正在发射引力波的预测，但只有用激光干涉引力波探测器直接感受到引力波的震动，才能真正说发现了引力波。
在金星大气发现了磷化氢气体的存在，只能说这是个符合“金星大气存在厌氧生命”这种假设的现象，但只有什么时候发个探测器，到金星大气里实际采到了生命标本，才能说在金星上真的找到了生命。
如果是观测结果能被普遍证实。
金星将一跃成为系内探索第一热门行星。
兔子、鹰酱都必须全力以赴。
已知1+1=2，求结果2有多大可能性是由1+1得出的？
生命只是一种概率上的巧合
出差中，简单讲讲金星这个“大新闻”，抽空继续编辑完善，也或许写个文章。
1、发现了什么？
Cardiff大学Jane Greaves及其合作者们在金星大气中发现了磷化氢（PH3），含量约20 ppb。这一成果发表于2020年9月14日的《自然·天文》杂志。
然而，因为一些事故式信息泄漏（据传MIT的人手滑提前在油管发布视频[摊手]，但肯定很多媒体也已经提前拿到了预印本），这一消息在文章正式发表之前就被媒体疯狂报道了[允悲]于是就有了大新闻先出来了paper还没看到的蜜汁景象。
2、用什么发现的？
用了两组独立的金星观测数据，通过光谱观测判断大气中存在某种成分：
- 夏威夷JCMT望远镜（James Clerk Maxwell Telescope），2017年6月
- 智利的ALMA望远镜（Atacama Large Millimeter Array ），2019年3月
也就是说可信度是比较高的，虽然后续其他望远镜的验证依然有必要，但不太可能是观测错了东西。
3、磷化氢是太阳系行星里首次发现么？
不是。早在1975年，天文学家们就已经在土星大气中发现PH3了，之后在木星大气中也有发现这个。大气中的PH3，并不是金星所独有。但木星土星大气都是还原性环境，PH3并不难存续。
4、那这次金星上的发现的PH3重要么？重要在哪里？
重要。
PH3是目前认可的一种生物标志物（biosignature），按我们目前的认知，这种物质大多是厌氧微生物的生命活动产生的。这意味着我们在内太阳系岩质行星上确认发现了一种新的生物标志物。同时，PH3在金星环境下易发生反应，难以稳定存在，这就意味着金星至今还有稳定的机制在生产PH3。
5、生物标志物 ≠ 生命痕迹
我们【以地球认知为唯一样本】寻找到的任何和现在或者过去的生物强相关的物质成分都可以叫做生物标志物，例如：
- 地球上的氧气。地球能有如此大量而稳定的氧气，是因为有生物的光合作用持续产生氧气。
- 火星上的甲烷。地球上甲烷大多是生物活动产生的，而甲烷又易被辐射分解，所以火星大气里稳定的（微量）甲烷意味着火星至今依然有稳定的甲烷供给。
也就是说，如果我们在其他星球上发现了这些生物标记物，至少意味着可能存在【类似地球生命】的运作机制。
这次金星大气中发现的PH3也是类似的逻辑：PH3作为一种重要的生物标志物，是可以作为【金星有存在生命的可能性】的一个有利证据的，但【绝不意味着已经在金星发现了生命痕迹】。
5、一种生物标志物和生物的相关性越强，除了生物活动之外不太可能有其他机制产生，就意味着它是越优秀的生物标志物。
这就意味着，我们认知水平的提升在帮助我们不断筛选生物标志物。
这次的金星论文也清楚表明了：这次发现仅仅意味着，发现了未知成因的PH3，这当然可能意味着有金星大气中漂浮着厌氧微生物，但更可能的是：还有其他未知的光化学或者地质化学过程会稳定产生PH3。
说白了，我们对太阳系的认识还太少了。
6、如何进一步证明金星PH3和生命活动的相关性？
探测器采集大气样本。这意味着，原本爹不疼娘不爱的金星探测…可能会容易立项了[二哈]明年的发现级项目竞标考虑一下咯[并不简单]原本最没有希望的达芬奇+任务似乎有机会了（https://www.zhihu.com/question/376104455/answer/1050335950）。
但，探测器也不会那么容易得到我们想要的结论。
发现生命相关的证据，容易。
证实探索到生命，远比我们想象的难太多了。
路上慢慢补。
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