私人资助的金星探测器将在地球兄弟行星的硫酸云中寻找生命
这张照片显示了金星的夜面在热红外中发光，是由日本的 Akatsuki 宇宙飞船拍摄的。来源：JAXA/ISAS/DARTS/Damia Bouic
由麻省理工学院科学家领导的报告详细介绍了一系列私人资助的在地球兄弟星球上寻找生命的任务。
随着多辆漫游车的着陆和将样本送回地球的任务，几十年来，火星一直主导着太阳系生命的寻找。但金星有一些新的关注即将到来。
在 2021 年 12 月 10 日发布的一份新报告中，由麻省理工学院研究人员领导的一个团队为一系列斗志旺盛的私人资助任务制定了科学计划和基本原理，这些任务旨在在第二纪元的超酸性大气中寻找生命迹象来自太阳的行星。
麻省理工学院地球、大气和行星科学系 (EAPS) 1941 届行星科学教授 Sara Seager 说：“我们希望这是一个新范式的开始，让你以更便宜、更频繁、更专注的方式去) 和计划的金星生命探测器任务的首席研究员。“这是一种更新、更灵活、更快的空间科学方法。这是非常麻省理工学院。”
第一个任务将于 2023 年发射，由位于加利福尼亚的火箭实验室管理和资助。该公司的电子火箭将在其光子宇宙飞船上发送一个 50 磅重的探测器，进行为期五个月、 3800 万英里的金星之旅，所有这些都将在金星云层中掠过三分钟。
使用来自 Akatsuki、日本 PLANET-C 和金星气候轨道器的两个紫外线通道生成了金星含硫云层的假彩色图像，这突出了地球热带地区的对流湍流，与清晰、平滑的极地形成对比地区。图片来源：Daimia Bouic/JAXA/ISAS/DARTS
该探测器使用专为该任务设计的激光仪器，旨在检测在其短暂下降到雾霾中时遇到的液滴中发生复杂化学物质的迹象。在液滴中检测到的荧光或杂质可能表明比硫酸更有趣的东西可能在上面飘荡，并为金星部分大气层可能适合居住的想法增加了弹药。
“人们一直在谈论金星的任务，”西格说。“但我们已经提出了一套新的专注、小型化的仪器来完成特定的工作。”
西格同时在物理系和航空航天系担任联合任命，他说与火星相比，金星是天体生物学的“被忽视的兄弟姐妹”。最后一次进入金星大气层的探测器是在 1980 年代发射的，并且受到当时可用仪器的限制。虽然美国宇航局和欧洲航天局计划在本世纪晚些时候执行金星任务，但两者都不会寻找生命迹象。
“金星上有这些挥之不去的谜团，除非我们直接回到那里，否则我们无法真正解开，”西格说。“挥之不去的化学异常，为生命的可能性留下了空间。”
这些异常包括显着水平的氧气；无法解释的二氧化硫、氧气和水的比例；以及成分未知的云粒子的存在。更具争议的是，Seager 是去年报告在金星大气中检测到磷化氢气体的团队的一员，而在地球上，磷化氢气体仅由生物和工业过程产生。
此后，其他天体物理学家对磷化氢检测提出了挑战，但西格表示，这一发现总体上为金星任务带来了积极的动力。“整个磷化氢争议让人们对金星更感兴趣。它让人们能够更认真地对待金星，”她说。
磷化氢与否，计划中的任务将集中在金星的大气层，因为它是地球上最有可能适合居住的环境。虽然失控的温室效应使金星的表面变成了一个无水的地狱景观，温度足以融化铅，但大气中的云层保持着我们所知道的适合生命存在的温度。
“如果金星上有生命，那就是某种微生物类型的生命，而且几乎可以肯定它存在于云粒子中，”西格说。
然而，金星云虽然相对温和，但对可居住性提出了其他挑战。一方面，它们主要由浓硫酸组成，比地球上任何栖息地的酸性都要强数十亿倍。云层外的大气也非常干燥，比智利的阿塔卡马沙漠干燥 50 到 100 倍。
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为了评估这些酸性干燥云的潜在可居住性，报告小组审查了文献并进行了一些实验。“我们着手做一些新的科学来为这项任务提供信息，”西格说。
该报告背后的国际团队包括来自佐治亚理工学院、普渡大学、加州理工学院和行星科学研究所的研究人员，并由 Breakthrough Initiatives 资助。除了领导该团队的 Seager 之外，麻省理工学院 EAPS 研究附属机构 Janusz Petkowski 担任副首席研究员。
根据实验结果，该报告推测生命可以通过多种方式在硫酸液滴中持续存在。它可以存在于耐酸脂质的囊泡中，也可以通过产生氨来中和硫酸，氨可以将硫酸的 pH 值降低到地球上嗜酸微生物可以耐受的水平。或者，理论上，金星云生命可能依赖于一种能够耐受硫酸的生物化学，这与地球上的任何东西都不同。
关于干燥度，报告指出，虽然平均而言大气可能对生命来说过于干燥，但可能存在湿度相对较高的宜居区域。
根据他们的研究，该团队还为该任务选择了科学有效载荷——仅限于 1 公斤。Seager 说，他们选择了一种称为自发荧光浊度计的仪器，因为它可以完成工作，而且体积小、价格便宜，而且可以为压缩的任务时间表足够快地建造。
该仪器目前由一家名为 Cloud Measurement Solutions 的新墨西哥公司和一家名为 Droplet Measurement Technologies 的科罗拉多公司制造。该仪器部分由麻省理工学院校友资助。
一旦探测器进入金星大气层，该仪器就会从窗口向云粒子发射激光，使其中的任何复杂分子发光或发出荧光。许多有机分子，例如氨基酸色氨酸，具有荧光特性。
“如果我们看到荧光，我们就知道云粒子中有一些有趣的东西，”西格说。“我们不能保证它是什么有机分子，甚至不能确定它是有机分子。但它会告诉你有一些非常有趣的事情正在发生。”
该仪器还将测量从液滴反射回来的光的图案，以确定它们的形状。纯硫酸液滴是球形的。其他任何事情都表明除了自动荧光浊度计之外还有更多的事情要做。
但无论 2023 年的任务发现什么，该套件中的下一个任务已经计划在 2026 年进行。该探测器将涉及更大的有效载荷，带有一个可以在金星云中花费更多时间并进行更广泛实验的气球。该任务的结果可能会为金星生命探测器任务概念的高潮奠定基础：将金星大气样本送回地球。
“我们认为它具有破坏性，”Seager 说。“这就是麻省理工学院的风格。我们在主流和疯狂之间的那条线上运作。”
参考：“维纳斯生命探测器任务研究”，作者 Sara Seager、Janusz J. Petkowski、Christopher E. Carr、David Grinspoon、Bethany Ehlmann、Sarag J. Saikia、Rachana Agrawal、Weston Buchanan、Monika U. Weber、Richard French、Pete Klupar , Simon P. Worden，为 VLF 协作。