Возможность жизни на Венере является предметом интереса астробиологии из-за близости Венеры и сходства с Землей . На сегодняшний день не обнаружено никаких убедительных доказательств существования там прошлой или настоящей жизни . В начале 1960-х годов исследования, проведенные с помощью космического корабля, показали, что нынешняя среда Венеры является экстремальной по сравнению с земной. Исследования продолжают задаваться вопросом, могла ли жизнь существовать на поверхности планеты до того, как начался безудержный парниковый эффект , и могла ли реликтовая биосфера сохраниться высоко в современной венерианской атмосфере .
Экстремальные температуры поверхности, достигающие почти 735 К (462 °C; 863 °F), и атмосферное давление, в 92 раза превышающее земное, условия на Венере делают жизнь на водной основе, какой мы ее знаем, маловероятной на поверхности планеты. Однако некоторые ученые предположили, что термоацидофильные экстремофильные микроорганизмы могут существовать в умеренных, кислых верхних слоях атмосферы Венеры. [1] [2] [3] В сентябре 2020 года было опубликовано исследование, в котором сообщалось о присутствии фосфина в атмосфере планеты, потенциальной биосигнатуры . [4] [5] [6] Однако эти наблюдения были подвергнуты сомнению. [7] [8]
По состоянию на 8 февраля 2021 года было сообщено об обновленном статусе исследований, рассматривающих возможное обнаружение форм жизни на Венере (с помощью фосфина) и Марсе (с помощью метана ). [9] 2 июня 2021 года НАСА объявило о двух новых связанных миссиях на Венеру: DAVINCI+ и VERITAS . [10]
Поскольку Венера полностью покрыта облаками, человеческое знание условий на поверхности было в основном спекулятивным до эпохи космических зондов. До середины 20-го века считалось, что поверхностная среда Венеры аналогична земной, поэтому широко распространено мнение, что на Венере может быть жизнь. В 1870 году британский астроном Ричард А. Проктор заявил, что существование жизни на Венере невозможно вблизи ее экватора [11] , но возможно вблизи ее полюсов. Писатели-фантасты могли свободно представлять, какой могла бы быть Венера до 1960-х годов. Среди предположений было то, что окружающая среда напоминала джунгли или что здесь были океаны с нефтью или газированной водой .
Микроволновые наблюдения, опубликованные К. Майером и др. [12] в 1958 г. указали на высокотемпературный источник (600 К). Как ни странно, наблюдения А. Д. Кузьмина в миллиметровом диапазоне показали гораздо более низкие температуры. [13] Две конкурирующие теории объяснили необычный радиоспектр: одна предполагает, что высокие температуры возникают в ионосфере, а другая предполагает наличие горячей поверхности планеты.
В 1962 году «Маринер-2» , первая успешная миссия на Венеру , впервые измерил температуру планеты и обнаружил, что она составляет «около 500 градусов по Цельсию (900 градусов по Фаренгейту)». [14] С тех пор все более четкие данные, полученные от различных космических зондов, показали, что на Венере экстремальный климат: парниковый эффект приводит к постоянной температуре на поверхности около 500 °C (932 °F). В атмосфере присутствуют облака серной кислоты . В 1968 году НАСА сообщило, что давление воздуха на поверхности Венеры в 75–100 раз превышало земное. [15] Позже это значение было изменено до 92 бар , [16] почти в 100 раз больше, чем на Земле, и аналогично давлению на глубине более 1000 м (3300 футов) в земных океанах. В такой среде и с учетом враждебных характеристик венерианской погоды возникновение жизни в том виде, в каком мы ее знаем, крайне маловероятно.
Ученые предположили, что если жидкая вода существовала на ее поверхности до того, как безудержный парниковый эффект нагрел планету, на Венере могла образоваться микробная жизнь, но ее может больше не существовать. [18] Если предположить , что процесс доставки воды на Землю был общим для всех планет вблизи обитаемой зоны, было подсчитано, что жидкая вода могла существовать на ее поверхности до 600 миллионов лет во время и вскоре после Поздней тяжелой бомбардировки . этого времени может быть достаточно для формирования простой жизни, но эта цифра может варьироваться от нескольких миллионов лет до нескольких миллиардов. [19] [20] [21] [22] [23] Недавние исследования, проведенные в сентябре 2019 года, пришли к выводу, что на Венере могли существовать поверхностные воды и пригодное для жизни состояние примерно 3 миллиарда лет, и она могла находиться в этом состоянии до 700–750 миллионов лет. назад. Если это правда, то этого времени было бы вполне достаточно для формирования жизни [24] и для того, чтобы микробная жизнь эволюционировала и стала воздушной. [25] С тех пор было проведено больше исследований и моделей климата с разными выводами.
Материал поверхности Венеры анализировался очень мало, поэтому вполне возможно, что доказательства прошлой жизни, если они когда-либо существовали, можно было бы найти с помощью зонда, способного выдержать нынешние экстремальные условия на поверхности Венеры. [26] [27] Однако вскрытие поверхности планеты за последние 500 миллионов лет [28] означает, что маловероятно, что древние поверхностные породы остались, особенно те, которые содержат минерал тремолит , который теоретически мог содержать некоторые биосигнатуры . [27]
Исследования, опубликованные 26 октября 2023 года, показывают, что Венера, возможно, впервые имела тектонику плит в древние времена и, как следствие, могла иметь более пригодную для жизни среду и, возможно, среду, пригодную для существования форм жизни . [29] [30]
Было высказано предположение, что жизнь на Венере могла прийти на Землю посредством литопанспермии , посредством выброса ледяных болидов, которые способствовали сохранению многоклеточной жизни во время длительных межпланетных путешествий. «Современные модели показывают, что Венера могла быть обитаемой. Сложная жизнь могла развиться на сильно облученной Венере и перенестись на Землю на астероидах. Эта модель соответствует модели импульсов высокоразвитой жизни, которая появляется, диверсифицируется и вымирает с поразительной скоростью через кембрийский и ордовикский периоды, а также объясняет необычайное генетическое разнообразие, появившееся в этот период» . [31]
Между 700 и 750 миллионами лет назад почти глобальное событие всплывания поверхности вызвало выброс углекислого газа из горных пород на планете, что изменило ее климат. [32] Кроме того, согласно исследованию исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде , на Венере могла бы поддерживаться жизнь, если бы Юпитер не изменил свою орбиту вокруг Солнца. [33]
Хотя вероятность существования жизни вблизи поверхности Венеры маловероятна, на высоте около 50 км (31 мили) над поверхностью имеется умеренная температура, и, следовательно, до сих пор существуют некоторые мнения в пользу такой возможности в атмосфере Венеры . [34] [35] Идея была впервые выдвинута немецким физиком Хайнцем Габером в 1950 году. [36] В сентябре 1967 года Карл Саган и Гарольд Моровиц опубликовали анализ проблемы жизни на Венере в журнале Nature . [26]
При анализе данных миссий «Венера » , «Пионер Венеры» и «Магеллан» было обнаружено, что в верхних слоях атмосферы вместе присутствовали карбонилсульфид , сероводород и диоксид серы . Венера также обнаружила большое количество токсичного хлора прямо под облачным покровом Венеры. [37] Карбонилсульфид трудно получить неорганическим способом, [35] но его можно получить путем вулканизма . [38] Серная кислота образуется в верхних слоях атмосферы в результате фотохимического воздействия Солнца на углекислый газ , диоксид серы и водяной пар. [39] Повторный анализ данных Pioneer Venus в 2020 году показал, что часть хлора и все спектральные характеристики сероводорода вместо этого связаны с фосфином , что означает более низкую, чем предполагалось, концентрацию хлора и отсутствие обнаружения сероводорода . [40]
Солнечная радиация ограничивает обитаемую зону атмосферы высотой от 51 км (65 ° C) до 62 км (-20 ° C) внутри кислых облаков. [3] Было высказано предположение, что облака в атмосфере Венеры могут содержать химические вещества, которые могут инициировать формы биологической активности, и иметь зоны, где фотофизические и химические условия способствуют фототрофии , подобной земной . [41] [42] [43]
Было высказано предположение, что любые гипотетические микроорганизмы, населяющие атмосферу, если они присутствуют, могут использовать ультрафиолетовый свет (УФ), излучаемый Солнцем, в качестве источника энергии, что может быть объяснением темных линий (называемых «неизвестным поглотителем УФ-излучения»), наблюдаемых в УФ-фотографии Венеры. [44] [45] Существование этого «неизвестного поглотителя УФ-излучения» побудило Карла Сагана опубликовать в 1963 году статью, в которой предлагалась гипотеза о микроорганизмах в верхних слоях атмосферы как об агенте, поглощающем УФ-свет. [46]
В августе 2019 года астрономы сообщили о недавно обнаруженной долгосрочной закономерности поглощения ультрафиолетового света и изменениях альбедо в атмосфере Венеры и ее погоде, вызванных «неизвестными поглотителями», которые могут включать неизвестные химические вещества или даже большие колонии микроорганизмов высоко над землей. в атмосфере. [47] [48]
В январе 2020 года астрономы сообщили о доказательствах, свидетельствующих о том, что Венера в настоящее время (в пределах 2,5 миллионов лет от настоящего времени) является вулканически активной, и остатки такой активности могут быть потенциальным источником питательных веществ для возможных микроорганизмов в венерианской атмосфере . [49] [50] [51]
В 2021 году было высказано предположение, что цвет «неизвестного поглотителя УФ-излучения» соответствует цвету «красного масла» — известного вещества, состоящего из смеси органических соединений углерода, растворенных в концентрированной серной кислоте. [52]
Исследование, опубликованное в сентябре 2020 года, показало обнаружение фосфина (PH 3 ) в атмосфере Венеры телескопом Большой миллиметровой решетки Атакамы (ALMA), который не был связан с каким-либо известным абиотическим методом производства, присутствующим или возможным в условиях Венеры. [4] [5] [6] Однако заявленное обнаружение фосфина было оспорено несколькими последующими исследованиями. [53] [54] [55] [56] Ожидается, что такая молекула, как фосфин, не сохранится в атмосфере Венеры, поскольку под воздействием ультрафиолетового излучения она в конечном итоге вступит в реакцию с водой и углекислым газом. PH 3 связан с анаэробными экосистемами на Земле и может указывать на жизнь на бескислородных планетах. [57] Сопутствующие исследования показали, что первоначально заявленная концентрация фосфина (20 частей на миллиард) в облаках Венеры указывала на «правдоподобное количество жизни», и, кроме того, что типичная предсказанная плотность биомассы была «на несколько порядков ниже, чем средняя плотность биомассы воздушной биосферы Земли». [58] [59] По состоянию на 2019 год [обновлять]ни один известный абиотический процесс не генерирует газ фосфин на планетах земной группы (в отличие от газовых гигантов [60] ) в заметных количествах. Фосфин может генерироваться в результате геологического процесса выветривания оливиновых лав, содержащих неорганические фосфиды, но этот процесс требует постоянной и массивной вулканической активности. [61] Следовательно, обнаруживаемые количества фосфина могут указывать на жизнь. [62] [63] В июле 2021 года было предложено вулканическое происхождение фосфина в результате экструзии из мантии . [ 64] ]
В заявлении, опубликованном 5 октября 2020 года на сайте комиссии F3 Международного астрономического союза по астробиологии, авторы статьи о фосфине за сентябрь 2020 года были обвинены в неэтичном поведении и раскритикованы за ненаучность и введение общественности в заблуждение. [65] Члены этой комиссии с тех пор дистанцировались от заявления МАС, утверждая, что оно было опубликовано без их ведома и одобрения. [66] [67] Вскоре после этого заявление было удалено с сайта МАС. Контактное лицо МАС для СМИ Ларс Линдберг Кристенсен заявил, что МАС не согласен с содержанием письма и что оно было опубликовано группой в составе комиссии F3, а не самим МАС. [68]
К концу октября 2020 года анализ обработки данных, собранных как ALMA, использованным в оригинальной публикации в сентябре 2020 года, так и более поздних данных телескопа Джеймса Клерка Максвелла (JCMT), выявил ошибки фоновой калибровки, приводящие к множеству ложных линий, включая спектральные линии. особенность фосфина. Повторный анализ данных с правильным вычитанием фона либо не приводит к обнаружению фосфина [53] [54] [55] либо обнаруживает его с концентрацией 1 миллиардную долю, что в 20 раз ниже первоначальной оценки. [69]
16 ноября 2020 года сотрудники ALMA опубликовали исправленную версию данных, использованных учеными в оригинальном исследовании, опубликованном 14 сентября. В тот же день авторы этого исследования опубликовали повторный анализ в качестве препринта с использованием новых данных, который пришел к выводу, что усредненная по планете распространенность PH 3 примерно в 7 раз ниже, чем то, что они обнаружили с помощью данных предыдущей обработки ALMA, вероятно, различаться в зависимости от местоположения и согласовываться с обнаружением JCMT примерно в 20 раз большей численности, если она существенно меняется во времени. Они также отвечают на вопросы, поднятые в критическом исследовании Villanueva et al. это поставило под сомнение их выводы и обнаружило, что до сих пор присутствие какого-либо другого соединения не может объяснить эти данные. [70] [71] [72] [69] Доступно по лицензии CC BY 4.0.</ref> Авторы сообщили, что продолжается более совершенная обработка данных JCMT. [69]
Повторный анализ данных in situ , собранных Pioneer Venus Multiprobe в 1978 году, также выявил присутствие фосфина и продуктов его диссоциации в атмосфере Венеры. [40] В 2021 году дальнейший анализ обнаружил следовые количества этана , сероводорода, нитрита , нитрата , цианида водорода и, возможно, аммиака . [73]
Сигнал фосфина также был обнаружен в данных, собранных с помощью JCMT , хотя он был намного слабее, чем сигнал, полученный с помощью ALMA . [7]
В октябре 2020 года повторный анализ архивных измерений инфракрасного спектра в 2015 году не выявил никакого фосфина в атмосфере Венеры, установив верхний предел объемной концентрации фосфина в 5 частей на миллиард (четверть значения, измеренного в радиодиапазоне в 2020 году). [74] Однако длина волны, использованная в этих наблюдениях (10 микрон), позволила бы обнаружить фосфин только в самой верхней части облаков атмосферы Венеры. [7]
В 2022 году наблюдения Венеры с помощью воздушного инфракрасного телескопа SOFIA не смогли обнаружить фосфин, при этом верхний предел концентрации 0,8 частей на миллиард был объявлен для венерианских высот 75–110 км. [56] Последующий повторный анализ данных SOFIA с использованием нестандартных методов калибровки привел к обнаружению фосфина на уровне концентрации ~ 1 ppb, [75] но эта работа еще не прошла рецензирование и поэтому остается под вопросом. Если он присутствует, то фосфин, по-видимому, более распространен в предутренних частях атмосферы Венеры. [75]
ALMA возобновила свою работу 17 марта 2021 года после годового простоя в ответ на пандемию COVID-19 и может позволить провести дальнейшие наблюдения, которые могут дать информацию для текущего расследования. [72] [76]
Несмотря на разногласия, НАСА находится на начальной стадии отправки будущей миссии на Венеру. Миссия Венеры по излучательной способности, радионауке, InSAR, топографии и спектроскопии ( VERITAS ) будет использовать радар для наблюдения за облаками и получения новых изображений поверхности, гораздо более высокого качества, чем те, которые в последний раз были сфотографированы тридцать один год назад. Другой, «Исследование благородных газов, химии и визуализации на Венере в глубокой атмосфере плюс» (DAVINCI+), фактически будет проходить через атмосферу, отбирая пробы воздуха по мере его спуска, чтобы, как мы надеемся, обнаружить фосфин. [77] [78] В июне 2021 года НАСА объявило, что DAVINCI+ и VERITAS будут выбраны из четырех концепций миссий, выбранных в феврале 2020 года в рамках конкурса НАСА Discovery 2019 на запуск в период 2028-2030 годов. [79]
BepiColombo , запущенный в 2018 году для изучения Меркурия , пролетал мимо Венеры 15 октября 2020 года и 10 августа 2021 года. Йоханнес Бенкхофф, научный сотрудник проекта, считает, что MERTIS (ртутный радиометр и тепловой инфракрасный спектрометр) BepiColombo, возможно, сможет обнаружить фосфин, но «мы не знаем, достаточно ли чувствителен наш прибор». [80]
Совместно с JCMT также продолжается долгосрочная кампания мониторинга по изучению фосфина и других молекул в атмосфере Венеры. [81]
Согласно новому исследованию, объявленному в январе 2021 года, спектральная линия на частоте 266,94 ГГц, приписываемая фосфину в облаках Венеры, скорее всего, была образована диоксидом серы в мезосфере . [82] Это утверждение было опровергнуто в апреле 2021 г. как несоответствующее имеющимся данным. Обнаружение PH 3 в атмосфере Венеры с помощью ALMA было восстановлено до ~7 частей на миллиард. [69] К августу 2021 года было обнаружено, что предполагаемое загрязнение диоксидом серы вносило только 10% в предварительный сигнал в полосе спектральной линии фосфина в спектрах ALMA, снятых в 2019 году, и около 50% в спектрах ALMA, снятых в 2017 году. [ 83]
Обычная биохимия на водной основе практически невозможна в условиях Венеры. В июне 2021 года расчеты уровней активности воды в венерианских облаках на основе данных космических зондов показали, что в исследованных местах она на две величины ниже, чем для выживания каких-либо известных бактерий-экстремофилов. [84] [85]
В августе 2021 года было высказано предположение, что даже насыщенные углеводороды нестабильны в ультракислых условиях венерианских облаков, что делает проблематичными концепции клеточной жизни на Венере. Вместо этого было высказано предположение, что венерианская «жизнь» может быть основана на самовоспроизводящихся молекулярных компонентах «красной нефти» — известного класса веществ, состоящих из смеси полициклических соединений углерода, растворенных в концентрированной серной кислоте. [52]
В декабре 2021 года было высказано предположение, что венерианская жизнь - как наиболее вероятная с химической точки зрения причина - может фотохимически производить аммиак из доступных химикатов, в результате чего жизненные капли превращаются в суспензию сульфита аммония с менее кислым pH , равным 1. Эти капли будут истощать диоксид серы . в верхних слоях облаков, когда они оседают, что объясняет наблюдаемое распределение диоксида серы в атмосфере Венеры, и может сделать облака не более кислыми, чем некоторые экстремальные земные среды, в которых обитает жизнь. [86]
В статье с гипотезой 2020 года предполагается, что микробная жизнь Венеры может иметь двухэтапный жизненный цикл. Метаболически активная часть такого цикла должна происходить внутри облачных капель, чтобы избежать фатальной потери жидкости. После того, как такие капли вырастут достаточно большими, чтобы опуститься под силой гравитации, организмы упадут вместе с ними в более горячие нижние слои и высохнут, становясь маленькими и достаточно легкими, чтобы их можно было снова поднять в обитаемый слой за счет мелкомасштабной турбулентности. [87]
В докладе о гипотезе 2021 года приведенная выше концепция подверглась критике, указав на большую застой нижних слоев дымки на Венере, что делает возвращение из слоя дымки в относительно пригодные для жизни облака проблематичным даже для мелких частиц. Вместо этого была предложена модель эволюции в облаке, в которой организмы развиваются, чтобы стать максимально поглощающими (темными) для данного количества биомассы, а более темные, нагретые солнцем области облака удерживаются на плаву за счет восходящих тепловых потоков, инициируемых самими организмами. [52]
Отсутствие доказательств того, что атмосфера Венеры прозрачна в диапазоне длин волн 3 см, сложность объяснения такой высокой температуры поверхности и гораздо меньшая яркостная температура, измеренная Кузьминым и Салмоновичем [80, 81] и Гибсоном [310] на более короткая длина волны 8 мм послужила основой для иной интерпретации результатов радиоастрономических измерений, предложенной Джонсом [366].