北京時間 12 月 1 日消息，據國外媒體報道，磷化氫是一種神秘物質，有人稱它的氣味像大蒜，但多數人描述它是一種較惡心的物質，其氣味帶有腐爛魚的味道。此外，它具有爆炸性，在室溫下能在空氣中自燃，如果人們不慎吸入肺部，依據吸入劑量不同，要么引起刺激反應和呼吸困難，要么會抑制人體中樞神經系統(tǒng)，甚至導致死亡。
如果你不從事半導體制造業(yè)，沒有接觸過含有磷化氫的滅鼠藥，不了解化學武器的科學原理，那就很難掌握磷化氫的真實屬性。今年，科學家宣布一項重大天文發(fā)現，聲稱在金星大氣層中發(fā)現磷化氫跡象，并推測它可能是由神秘生命體制造的。
磷化氫從化學武器變成潛在生命跡象的奇異變遷，主要歸功于美國麻省理工學院量子天體化學家克拉拉 · 蘇薩 · 席爾瓦（Clara Sousa-Silva）的努力，她花了 10 年時間深入研究磷化氫分子，她說：“磷化氫是一種可怕的分子，它在各個方面都表現得很‘骯臟’?！?/p>
今年 9 月份，科學家發(fā)現金星大氣層中存在磷化氫分子，他們排除了這些磷化氫來源于的地球的多種可能性，源于金星生命是剩下的幾種可能性之一，但潛在的問題是，我們對地球生命如何產生磷化氫知之甚少。
“陰影生態(tài)系統(tǒng)”能制造磷化氫
磷化氫是一種簡單的分子，是由一個磷和三個氫組成，但卻很難制造出來。磷和氫本來不是和諧相處的原子，它們不是一種自然的 “伙伴關系”。在擁有大氣層的類地巖石行星上，磷化氫無法自然形成，還需要借助其他因素，投入一定能量來分離氧氣和磷，這樣才能形成穩(wěn)定的磷 - 氫配對結構。在某些情況下，這種額外能量來自于外部自然資源，例如：雷擊。
地球上的磷化氫存在于沼澤、土壤和淤泥之中，這些地方經常出現厭氧腐爛，細菌在缺氧的情況下會分解生物尸體，這些環(huán)境被稱為 “陰影生態(tài)系統(tǒng)”，遠離于我們熟知的喜氧生命系統(tǒng)。目前，科學家在南極土壤中也發(fā)現了磷，人們認為南極企鵝糞便中的含磷化合物會逐漸減少，使用酶或者電子帶走氧氣，再通過細菌產生磷化氫。
人們對這些生態(tài)系統(tǒng)中為何會產生磷化氫了解并不多，它不太可能是生物的排泄物質，因為它的制造需要能量。這可能是生物的一種防御機制，充分利用毒氣保護自己，另一種可能是它是一種信號物質，類似于某些樹木產生一種叫做異戊二烯的分子，作為生物之間彼此交流的方式。席爾瓦說：“這樣做的生命愿意犧牲能量，因為與釋放水相比，它能產生一個明確的信號?！?/p>
生成磷化氫的第三種可能性頗富爭議——地球上的細菌可能制造磷化氫，這是以物易物交換經濟的一部分。細菌可以用磷交換其他營養(yǎng)物質，在它們的生態(tài)系統(tǒng)中存在不同物種，而細菌產生的磷化氫可能對于它們的全球循環(huán)中發(fā)揮某些重要作用，目前這一點亟待深入研究。
企鵝糞便
事實上，科學家并不清楚為什么地球生物制造磷化氫，以及它們制造磷化氫的真實目的。席爾瓦說：“我很想知道，但我們并不知道?！?/p>
我們不知道該謎團的原因很簡單，當談及地球生命類型時，人類傾向于選擇喜氧生物進行研究，而不是選擇厭氧生物。席爾瓦說：“因為人類呼吸空氣中的氧氣，因此我們也傾向于選擇喜氧生物展開研究探索，這并不令人驚訝，但從一定意義上講，此類研究具有一定的片面性。”
據悉，上世紀 80 年代，科學家首次在沼澤中發(fā)現磷化氫，但直到 2006 年，關于企鵝糞便如何增大南極土壤磷化氫含量的研究報告才首次發(fā)布?？茖W家之所以才開始研究企鵝的糞便，是因為全球氣溫升高意味著企鵝糞便更有可能融化，將其中的細菌釋放至南極土壤中。昆山杜克大學（中美合作）研究企鵝對磷酸鹽影響的專家曹煥盛指出，在全球氣候變化的影響下，企鵝數量及其微生物群可能導致南極地區(qū)生物地球化學出現顯著變化。
磷化氫有毒，可作為殺人毒劑
此外，地球上其余的磷化氫是在實驗室里產生的，研究人員通常將磷酸加熱至 200 攝氏度，與細菌不同，人類制造磷化氫的原因非常清晰，磷化氫可應用于半導體領域，它被用作摻雜劑來改變材料的導電性能。同時，磷化氫有毒，可殺死人，在第一次世界大戰(zhàn)中，磷化氫被用作化學武器，現今它被歸類于恐怖主義毒劑。
席爾瓦說：“磷化氫能夠以多種方式殺死人類等動物，但它僅針對于喜氧生命，因為磷化氫能與氧氣相互作用，這就是為什么陰影生態(tài)系統(tǒng)中的生命會生成磷化氫，因為它們并不依賴氧氣而生存?！?/p>
十年前，人們對太空環(huán)境中磷化氫的唯一了解是它存在于木星和土星，發(fā)現磷化氫存在于高層大氣，由于它僅能在這些行星較低大氣區(qū)域產生，所以它的存在可能是猛烈風暴將含有磷化氫的氣體吹至高層大氣。
之所以能在木星和土星這樣的巨行星發(fā)現磷化氫，是因為它們的數量較多，而且該行星距離地球較近。天文學家對磷化氫的光譜特征（即它們通過吸收特定波長的光線影響）僅是一個模糊概念，但是要在其他行星發(fā)現磷化氫，光譜信息是非常必要的，光譜技術是天文學家研究行星從恒星前面掠過時發(fā)出光的一種技術，甚至在我們的星球也能找到磷化氫跡象。
席爾瓦說：“如果某個恐怖組織制造了磷化氫，并樂于將其作為毒劑，我們將無法遠程探測到該物質。目前我們應該高度重視該問題的嚴峻性，人類掌握著先進的科學技術，我們有能力檢測到大多數分子，至少是那些能夠殺死人類的毒劑分子！”
磷化氫是 “生物犧牲”的一種暗示
據悉，在席爾瓦攻讀博士期間，她花費 4 年時間對磷化氫分子指紋進行分類，這一工作為可能發(fā)現金星磷化氫氣體奠定基礎，每一種氣體都能吸收特定波長的光，對應于分子內電子能量狀態(tài)的差異性，它們被稱為 “吸收線”。因為當一道彩虹光穿過分子時，只有特定波長能被吸收，當它們出現時，會在光譜中留下一條黑線，對于磷化氫，席爾瓦計算出 168 億個可能存在的 “吸收線”。
當席爾瓦研究磷化氫分子指紋時，開始思考磷化氫是否是一種潛在生命的跡象。她說：“我開始注意所有這些線索，意識到磷化氫可能是驗證生命存在的一個非常好的指示信息，我開始將磷化氫作為生物犧牲的一種暗示，而犧牲是只有生命才能做的事情，這是浪漫又富有悲劇色彩的?！?/p>
在對磷化氫潛在吸收光譜進行分類之后，接下來就是觀察它是否具有生命跡象或者生物特征。該研究是從 2006 年著手展開的，但直到今年 1 月份才發(fā)表相關的研究報告。剛開始的時候，席爾瓦的研究工作被視為一種 “愚蠢行為”，研究經費申請曾被拒絕。她說：“當時沒人關注磷化氫的研究項目，他們并不了解磷化氫，僅有少數人真正認識到磷化氫的重要性。”
沒有人在意磷化氫的存在，直到幾個月前，科學家在金星大氣中發(fā)現磷化氫，在席爾瓦分類的 168 億條吸收線中，僅有 1 條是在金星上發(fā)現的，這也是為什么許多人對金星磷化氫探測持懷疑態(tài)度的部分原因。她說：“你可以看出，從 168 億條吸收線中再發(fā)現一條是多么重要。”
至于金星，它距離地球較近，我們不需要僅依靠光線勘測分析這顆星球，美國北卡羅萊納州立大學行星科學副教授保羅 · 伯恩（Paul Byrne）說：“最可靠的唯一方法是到達金星并在那里進行測量?！蹦壳?，伯恩和其他天文學家仍對磷化氫作為生物標志的作用持懷疑態(tài)度，即使它被證實存在于金星大氣層。來自其他科學家的批評觀點促使原始論文作者重新分析他們的研究數據，隨后發(fā)現金星磷化氫的平均指數比他們之前估計的低 7 倍。
如果磷化氫是金星潛在生命的一種指示信號，那么這些神秘生命與我們所了解的地球生命非常不同。更多地了解地球上形成磷化氫的細菌特性，將有助于構建一幅潛在外星生命的圖景，但目前科學家對此類研究的興趣和關注度并不高。
今年 9 月份，席爾瓦發(fā)表了一篇研究論文，宣稱在金星大氣中發(fā)現磷化氫，全球科學界開始注意到她用十年時間研究的這種分子。當她開始分析磷化氫的時候，這似乎是一個不明智的研究方向，她說：“這可能仍然是一個非常不明智的研究目標，但考慮到它可能存在于金星，將潛在著多種可能性，如果金星的確制造磷化氫，它作為生命跡象的可能性非常小，我覺得這個賭注勝算較大?！?/p>
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