私人資助的金星探測器將在地球兄弟行星的硫酸云中尋找生命
這張照片顯示了金星的夜面在熱紅外中發光，是由日本的 Akatsuki 宇宙飛船拍攝的。來源：JAXA/ISAS/DARTS/Damia Bouic
由麻省理工學院科學家領導的報告詳細介紹了一系列私人資助的在地球兄弟星球上尋找生命的任務。
隨著多輛漫游車的著陸和將樣本送回地球的任務，幾十年來，火星一直主導著太陽系生命的尋找。但金星有一些新的關注即將到來。
在 2021 年 12 月 10 日發布的一份新報告中，由麻省理工學院研究人員領導的一個團隊為一系列斗志旺盛的私人資助任務制定了科學計劃和基本原理，這些任務旨在在第二紀元的超酸性大氣中尋找生命跡象來自太陽的行星。
麻省理工學院地球、大氣和行星科學系 (EAPS) 1941 屆行星科學教授 Sara Seager 說：“我們希望這是一個新范式的開始，讓你以更便宜、更頻繁、更專注的方式去) 和計劃的金星生命探測器任務的首席研究員。“這是一種更新、更靈活、更快的空間科學方法。這是非常麻省理工學院。”
第一個任務將于 2023 年發射，由位于加利福尼亞的火箭實驗室管理和資助。該公司的電子火箭將在其光子宇宙飛船上發送一個 50 磅重的探測器，進行為期五個月、 3800 萬英里的金星之旅，所有這些都將在金星云層中掠過三分鐘。
使用來自 Akatsuki、日本 PLANET-C 和金星氣候軌道器的兩個紫外線通道生成了金星含硫云層的假彩色圖像，這突出了地球熱帶地區的對流湍流，與清晰、平滑的極地形成對比地區。圖片來源：Daimia Bouic/JAXA/ISAS/DARTS
該探測器使用專為該任務設計的激光儀器，旨在檢測在其短暫下降到霧霾中時遇到的液滴中發生復雜化學物質的跡象。在液滴中檢測到的熒光或雜質可能表明比硫酸更有趣的東西可能在上面飄蕩，并為金星部分大氣層可能適合居住的想法增加了彈藥。
“人們一直在談論金星的任務，”西格說。“但我們已經提出了一套新的專注、小型化的儀器來完成特定的工作。”
西格同時在物理系和航空航天系擔任聯合任命，他說與火星相比，金星是天體生物學的“被忽視的兄弟姐妹”。最后一次進入金星大氣層的探測器是在 1980 年代發射的，并且受到當時可用儀器的限制。雖然美國宇航局和歐洲航天局計劃在本世紀晚些時候執行金星任務，但兩者都不會尋找生命跡象。
“金星上有這些揮之不去的謎團，除非我們直接回到那里，否則我們無法真正解開，”西格說。“揮之不去的化學異常，為生命的可能性留下了空間。”
這些異常包括顯著水平的氧氣；無法解釋的二氧化硫、氧氣和水的比例；以及成分未知的云粒子的存在。更具爭議的是，Seager 是去年報告在金星大氣中檢測到磷化氫氣體的團隊的一員，而在地球上，磷化氫氣體僅由生物和工業過程產生。
此后，其他天體物理學家對磷化氫檢測提出了挑戰，但西格表示，這一發現總體上為金星任務帶來了積極的動力。“整個磷化氫爭議讓人們對金星更感興趣。它讓人們能夠更認真地對待金星，”她說。
磷化氫與否，計劃中的任務將集中在金星的大氣層，因為它是地球上最有可能適合居住的環境。雖然失控的溫室效應使金星的表面變成了一個無水的地獄景觀，溫度足以融化鉛，但大氣中的云層保持著我們所知道的適合生命存在的溫度。
“如果金星上有生命，那就是某種微生物類型的生命，而且幾乎可以肯定它存在于云粒子中，”西格說。
然而，金星云雖然相對溫和，但對可居住性提出了其他挑戰。一方面，它們主要由濃硫酸組成，比地球上任何棲息地的酸性都要強數十億倍。云層外的大氣也非常干燥，比智利的阿塔卡馬沙漠干燥 50 到 100 倍。
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為了評估這些酸性干燥云的潛在可居住性，報告小組審查了文獻并進行了一些實驗。“我們著手做一些新的科學來為這項任務提供信息，”西格說。
該報告背后的國際團隊包括來自佐治亞理工學院、普渡大學、加州理工學院和行星科學研究所的研究人員，并由 Breakthrough Initiatives 資助。除了領導該團隊的 Seager 之外，麻省理工學院 EAPS 研究附屬機構 Janusz Petkowski 擔任副首席研究員。
根據實驗結果，該報告推測生命可以通過多種方式在硫酸液滴中持續存在。它可以存在于耐酸脂質的囊泡中，也可以通過產生氨來中和硫酸，氨可以將硫酸的 pH 值降低到地球上嗜酸微生物可以耐受的水平。或者，理論上，金星云生命可能依賴于一種能夠耐受硫酸的生物化學，這與地球上的任何東西都不同。
關于干燥度，報告指出，雖然平均而言大氣可能對生命來說過于干燥，但可能存在濕度相對較高的宜居區域。
根據他們的研究，該團隊還為該任務選擇了科學有效載荷——僅限于 1 公斤。Seager 說，他們選擇了一種稱為自發熒光濁度計的儀器，因為它可以完成工作，而且體積小、價格便宜，而且可以為壓縮的任務時間表足夠快地建造。
該儀器目前由一家名為 Cloud Measurement Solutions 的新墨西哥公司和一家名為 Droplet Measurement Technologies 的科羅拉多公司制造。該儀器部分由麻省理工學院校友資助。
一旦探測器進入金星大氣層，該儀器就會從窗口向云粒子發射激光，使其中的任何復雜分子發光或發出熒光。許多有機分子，例如氨基酸色氨酸，具有熒光特性。
“如果我們看到熒光，我們就知道云粒子中有一些有趣的東西，”西格說。“我們不能保證它是什么有機分子，甚至不能確定它是有機分子。但它會告訴你有一些非常有趣的事情正在發生。”
該儀器還將測量從液滴反射回來的光的圖案，以確定它們的形狀。純硫酸液滴是球形的。其他任何事情都表明除了自動熒光濁度計之外還有更多的事情要做。
但無論 2023 年的任務發現什么，該套件中的下一個任務已經計劃在 2026 年進行。該探測器將涉及更大的有效載荷，帶有一個可以在金星云中花費更多時間并進行更廣泛實驗的氣球。該任務的結果可能會為金星生命探測器任務概念的高潮奠定基礎：將金星大氣樣本送回地球。
“我們認為它具有破壞性，”Seager 說。“這就是麻省理工學院的風格。我們在主流和瘋狂之間的那條線上運作。”
參考：“維納斯生命探測器任務研究”，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，為 VLF 協作。