今年9月，一组天文学家宣布了一项惊人的发现:他们在金星云层的高处发现了一种名为磷化氢的分子，这可能是生命存在的证据。
这一发现震惊了科学界。曾经认为是地球的双胞胎,金星——尽管附近和岩石,目前已知有一个恶劣的环境中,太阳辐射陷阱的厚厚的大气层,起动表面温度高到足以融化金属,伴随着表面压力类似于数千英尺地球海洋表面以下。
但是，由威尔士卡迪夫大学、麻省理工学院和英格兰曼彻斯特大学的研究人员领导的探测是在大气层的高处，那里的环境要友好得多，微生物存在的想法也更有可能。这项研究是通过光谱学完成的。光谱学是一种通过分析分子如何改变行星反射的光来确定行星大气中不同分子存在的方法。研究小组的关键成员之一是克拉拉·索萨-席尔瓦(Clara Sousa-Silva)，她花了数年时间研究这种分子的光谱特征，她认为磷化氢是一种很有希望的方式来追踪外星生命的存在。
Sousa-Silva从麻省理工学院转到哈佛大学天体物理中心|;史密森尼学会，并将在接下来的两年里推进她在生物特征和其他星球上生命方面的工作。她在接受《公报》采访时谈到了最近的发现以及未来寻找生命的可能。
Q&
克拉拉Sousa-Silva
公报:你研究生物标志气体，你的网站上说磷化氢是你的最爱。什么是生物标志气体?磷化氢有什么特别之处?
SOUSA-SILVA:生物标志气体是行星大气中由生命产生的任何气体。这本身并不是特别有趣，因为可以由生命产生的分子通常也可以由许多其他东西产生。所以另一个问题是:什么是好的生物标记?这个答案也解释了为什么磷化氢是我的最爱。
一个好的生物特征不仅仅是由生命产生并释放到大气中。它也能够在大气中生存，可以被探测和区分。所以，如果我们在很远的地方观察大气层，比如在不同的行星上，我们发现了一个有趣的分子，那很好。但也许，因为仪器的低分辨率，很多分子看起来彼此非常相似，光谱特征也对应于不同的分子，而不是我们认为我们看到的。所以，你想要一个可区分的生物标记。
一个好的生物标记有一个最终特征:它有有限的或可问责的误报。这意味着，如果它是由生命产生的，如果它在大气中存活，你可以毫不犹豫地检测到它，你仍然需要知道它是否真的是由生命产生的还是偶然地由其他非生物过程产生的，比如光化学或火山作用。所以，一个好的生物特征是所有这些:它由大量的生命产生并存活;明确检测;并且被明确地分配到生活中。
著名的生物特征，如氧和甲烷，在这些参数的前几项中排名非常靠前。但是甲烷，举例来说，看起来和其他碳氢化合物非常相似。所以如果你看甲烷和另一种同样有碳和氢的分子的对比是很难的。即使你能毫不含糊地把你看到的东西定义为甲烷，你也不知道你能否毫不含糊地把它定义为生命。
磷化氢有一个独特的光谱特征，因为磷化氢的光谱是由氢和磷之间的键的行为组成的，而这在气体分子中是非常罕见的键。所以磷化氢很容易辨别，也就是说它很容易被检测到，而且它也是由生命产生的。但它不是由生命大量产生的，所以这对磷化氢来说是一个负极。但是，如果没有岩质行星上的生命的介入，它是很难产生的，因此误报率非常低。我认为磷化氢是一种很平衡的生物特征:生命产生的数量可检测，可区分，假阳性率低。这就是为什么它是我的最爱。
公报:你们的网站还说磷化氢对使用氧代谢的生命是有毒的。那么为什么它可能是金星上生命的迹象呢?
SOUSA-SILVA:我不知道是否有可能。我不敢用概率来判断。地球上使用氧气的生命是有毒的。很明显，那就是我们和我们所爱的一切。但是地球上的很多生命并不依赖氧气，在地球上生命存在的大部分时间里它们也不依赖氧气。当然，这并不是最激动人心的生活。它并没有写出伟大的文学作品，但它在地球上却很受欢迎，似乎很幸福，在不需要氧气的情况下蓬勃发展。
为什么金星上有磷化氢，如果它存在的话，可能意味着生命的存在，这是我们无法用其他任何方式解释的。我们对金星上磷化氢的存在没有很好的解释，但我们知道它可能是由生命产生的。但这并不意味着金星上的情况就是这样。这听起来很了不起，但这是我们目前最好的猜测。
宪报:让我们具体谈谈9月份的调查结果。你和你的同事在金星上发现了什么?
SOUSA-SILVA:这是对相隔18个月进行的两次独立观察的分析。其中一个是用位于夏威夷莫纳克亚山上的詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜(JCMT)完成的。这一观察结果有一个初步的信号，可以被分配给磷化氢。然后，我们向ALMA(位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列)申请了时间，ALMA是一个功能更强大的望远镜阵列，似乎接收到的信号更强，也与磷化硅相对应。这是令人鼓舞的，因为使用两种不同的仪器，随机信号在18个月后出现在同一地点的几率非常小。
分析得出的结论是:第一，信号是真实的吗，因为这两种仪器都是在它们能力的极限下收集数据。第二，如果信号是真实的，那么最有可能的候选分子是磷化氢而不是另一种分子?第三，如果信号是真的，是磷化氢发出的，是谁或什么东西发出的?这就是本文的三个主要步骤。这是我在研究磷化氢作为生物标记的多年基础上又花了两年时间完成的工作。
这花了很长时间和一个庞大的国际团队，包括英国曼彻斯特大学的Anita Richards和Cardiff大学的Jane Greaves。简是9月份发表的论文的第一作者这篇论文专门从数据中提取了信号。然后，我们中的许多人试图弄清楚这个信号是否属于磷化氢，如果是的话，它的丰度是多少。我的贡献是我非常了解磷化氢的纯光谱学。我的整个博士学位都致力于研究磷化氢的光谱学。所以我可以帮忙弄清楚，如果是磷化氢，它的含量是多少。
我也提供了其他可以模拟信号的候选分子的列表。最有希望的是磷化氢，但第二有希望的是SO2(二氧化硫)，在金星的那个位置发现这种分子是很奇怪的，但远没有发现磷化氢那么奇怪。所以这是一个重要的候选者。然后，如果这确实是磷化氢，而且信号是真实的，那么由麻省理工学院的威廉·贝恩斯(William Bains)领导的研究团队将弄清楚是什么产生了这种信号。这也是一个庞大的团队，研究出了所有可能产生磷化氢的过程，并排除了几乎无限的负面因素。很难知道你是否已经达到了这个列表的末尾。
宪报:所以他们的工作方式可能是产生在金星上不可能产生的磷化氢?
索萨-席尔瓦:我们试图找到一种解释，任何一种解释，我们确实找到了一些可以产生少量磷化氢的方法，但它们都是非常微不足道的，总是比我们估计的从金星云层中探测到的信号低很多个数量级。
宪报:这一发现是对发现磷化氢和探测其他恒星周围行星上的生物特征的热身吗?
SOUSA-SILVA:我认为这正是寻找生命的热身。这是天体生物学领域的一个极好的研究案例。
我们在地球之外找到来自于来自天堂的蓬勃、明确的智能信号的生命的可能性非常小。很有可能，如果我们发现了生命，它将是一种具有很多不确定性的东西，甚至很难估计这种不确定性。我们不能说，“哦，我们发现生命有80%的确定性。“这些数字不是我们现在能做到的。
我们能做的就是观察那些具有潜在宜居环境的行星，寻找与生命相关的分子，然后尝试解释那里发生了什么。我们在一个可能适宜居住的地方发现了一个生物标记。这是关键的第一步，但离最后一步还很远。我们现在需要弄清楚生物圈还会产生什么分子?它们将如何相互作用?我们如何将这些行为与死气沉沉的大气中的自发行为区分开来?
所以，这需要大量的工作。我们非常幸运有金星隔壁,这样我们可以使用它作为一个实验室。我们可以测试所有这些理论在某种程度上,我们无法找到一个生物标志物的一颗系外行星上,那里没有希望会和大气探测检查。这是非常重要的一步。
这一直是相当有争议的——也应该如此——但我们将不得不多次这样做。每次我们都希望准备得更好，有更好的工具包这样就会减少不确定性。但我们需要很长时间才能确定其他地方存在生命。
宪报:在这一发现之前，由于金星的表面条件，它基本上不被认为是生命存在的地方。你的发现强调了生物圈可能在一些你可能不会马上想到的地方:在云层的高处，那里的条件不同。当我们评估生命存在的地方时，我们是否可以用非传统的方式来思考，尤其是在地球上，我们发现生命在令人惊讶的地方是艰难和持久的?
SOUSA-SILVA:地球上的生命非常有弹性，非常有资源，没有理由认为这是地球上生命的某种特殊特征，而不是生命本身。我们忽略金星是因为金星对我们来说太可怕了。当我们发送探测器时，它们急剧融化，所以我们感觉不太受欢迎。似乎更容易想象火星这样的地方是宜居的，尽管实际上那里的大气和太阳辐射的保护非常少，所以火星表面不太容易宜居。
火星基本上不适合居住，就像金星一样，只是以更安静的方式。火星会杀死你，但不会融化你，所以它感觉更适合居住，尽管我对这两个星球都不忠诚，不认为它们是寻找生命的地方。这是希望将帮助我们认为的适居性少以人类为中心的方式——或者至少terra-centric方式,认为宜居性不仅仅是一颗岩石行星表面液态水,但想到地下栖息地,气态巨行星的卫星——一些人已经考虑和信封的大气可能不适宜居住的星球居住的地方。
宪报:当发现金星上可能存在生命时，你是怎么想的?那是激动人心的时刻吗?
SOUSA-SILVA:这是一种奇怪的逆转。多年来，我一直致力于这个完全假设的调查:如果我们在类地行星上发现了磷化氢，这意味着什么?我得出的结论是，因为它对类地行星的误报如此之少，它只能意味着生命。我带着这个结论提交了论文，并且没有争议。审稿人对这个想法很满意——他们对论文的其他部分有意见，但这并没有影响到他们。没有人在意，因为这只是假设:我在想象这个奇异而遥远的星球。
当简联系我的时候，她在金星上试探性地发现了磷化氢，我那毫无争议的声明现在真的很不寻常。金星就在隔壁，所以我的假设很快变得非常具体。那是两年前的事了。我们花了大约一年半的时间重新做和完善我们为我的论文所做的分析。这是由威廉·贝恩斯领导的，他试图弄清楚这是否就是金星上发生的事情。金星不是典型的、潜在的宜居系外行星。那是个地狱般的地方也许那里的磷化氢可以非生物合成。所以我从来没有像第一次提到在类地行星上发现磷化氢时那样兴奋。我希望这能在我死前发生，但可能是在我退休后，而不是在提交我的假设的几个月内。
我也立即觉得我不能被信任，因为我太有偏见了。我研究磷化氢已经很久了。我是一个没有固定工作的初级科学家。它对我来说是很有价值的，因为它是生命，所以我不能相信我能准确地评估它。所以我非常小心，不让自己太激动。那天晚上我喝了一杯很浓的威士忌，但仅此而已。然后我做了我们一直在做的同样的工作，那就是检查每一种可能产生磷化氢的机制，每一种可能模仿信号的分子，然后再看一遍我之前做过的一切检查错误。在这么近、这么快的时间里探索我预测的这种表达方式，真是让人伤脑筋。
宪报:自从最初的报纸出版后，你有过机会吗?
SOUSA-SILVA:嗯，我们做了一件好事，但也付出了代价。与许多此类观察不同的是，我们公布了所有的数据和代码。一切都准备好了，等着人们来把它撕碎。大家都这么做了，这就意味着我从来没有一点时间去享受它。这很好，因为他们发现了一个校准错误，ALMA能够纠正这个错误，这让我们的团队能够重新分析数据——他们现在还在做。当时有太多的媒体和批评，我还没有抽出时间来。
宪报:关于科学辩论，你如何回应其他研究小组未能复制结果?
SOUSA-SILVA:这部分工作我只涉及到一点，因为我没有做任何数据缩减(来自金星大气的读数)。这场争论是在仪器能力的边缘工作的结果，数据总是非常嘈杂和微妙，直到我们有更好的望远镜。从这些数据中得到的任何发现，从我们能力的边缘得到的任何发现，都会成为讨论的话题。如果有一个减少这些数据的黄金标准方法，那当然很好，但是没有，所以人们对提取信号而不引入虚假信号的最佳方法存在分歧。
分歧的形式多种多样，但没有复制结果的团队，不会以不同的方式复制结果。例如，[来自荷兰莱顿大学]的[Ignas] Snellen团队在校正误差被纠正之前查看了ALMA的数据。我期待看到他们对更好数据的修正分析。Villanueva团队(由NASA-Goddard太空飞行中心的Geronimo Villanueva领导)研究了ALMA数据和JCMT数据，确实在JCMT数据中发现了信号，当然，这就提出了“在ALMA数据中信号去了哪里”的问题。
不过，他们在JCMT信号的来源上确实存在分歧。SO2(二氧化硫)是第二种最可能的候选物质，也是第一种最可能的候选物质。这是一个更复杂的问题，你如何选择两个分子，它们可以在这些分辨率下模拟相同的信号。我们团队的论点是SO2的[光谱]有一点差——你可以预期SO2会出现在白色带通的不同区域。也没有足够的SO2来证明信号的合理性，所以需要磷化氢来补充信号的大小。这是一个很难提出的论点——我们正处于信号的统计显著性的边缘——但这是一个完全有效的论点。
然后是先锋队的档案数据被重新访问他们认为可能与磷化氢有关。遗憾的是，很难把所有这些数据放到一个大家都同意的地方，因为人们想知道真相——我也想。但我们唯一能得出的结论是，我们对金星的了解还不够，我们需要更多的数据。我们需要更多不在仪器能力边缘的观测，这样我们所观察的东西就不会含糊不清。
宪报:我们来谈谈你在哈佛会做些什么。你曾是麻省理工学院的研究员。奖学金是分在这里和那里吗?
SOUSA-SILVA:不，我搬了。我是百分之百的哈佛人——我想在过去的两个月里。它很新。
公报:你会和谁合作?你会做些什么?
SOUSA-SILVA: 51 Pegasi b奖学金是由Heising-Simons基金会提供的一个很棒的三年奖学金。我在麻省理工学了一年，然后在哈佛做研究员的最后两年我搬到了哈佛。我的主持人是戴夫·夏博诺(Dave Charbonneau)，我之所以搬到哈佛，部分原因是他和他身边的团队在系外行星大气方面的专业知识。还有由Iouli Gordon和之前的Larry Rothman领导的HITRAN(高分辨率传输分子吸收数据库)小组，他们是光谱数据库领域的世界领导者，这是我工作的主要内容。因此，这种专业知识的结合使哈佛变得完美。
宪报:你现在大部分的工作都是在家里完成的吗?还是你可以自己去参加CfA ?
不，我甚至还不知道我的办公室在哪里。我很乐意往返CfA，但因为我的工作可以远程完成，所以应该远程完成。
宪报:你会继续研究磷化氢和金星吗?还是会转向其他话题?
索萨-席尔瓦:我会像过去一样花同样多的时间去做。磷化氢对我来说是非常专业的分子，但我50%的工作都是在推动寻找生命的单一指标的概念。因为除非我们得到一个素数的无线电信号，或者是CFCs(含氯氟烃)或其他真正复杂的污染物的明确信号，否则我们需要的不只是一个分子;我们需要一系列的分子来共同描绘出生物圈的复杂和相互作用的图景。
所以我的大部分工作是试图提供一个工具包，可以检测每一个可能存在于可居住大气中的分子。我在麻省理工学院开始了这项工作。他们列出了生物圈中可能形成的所有分子:16367。我知道这个数字，因为我研究了这么久。
在成千上万的光谱中，我们有一些质量很高的光谱——其中一些是粗糙的——只适用于不到4%的光谱。对于大多数分子，我们甚至没有一种粗略的能力来探测它们。所以我的大部分工作是尝试模拟光谱，这样我们至少对这些分子的样子有一些了解。这就是与《HITRAN》的联系。他们有非常高的准确性和非常细致的数据，关于少量的分子，略多于50。这真是太棒了，但在一万六千多人的名单上，这只是一个小缺口。
我创建了一个名为RASCALL的小程序，用于所有人的快速近似光谱计算。我们的想法是为所有这些分子做一个非常粗略，非常快速的光谱，然后在此基础上进行构建。没有RASCALL，我做磷化钾光谱的方法花了我四年多的时间和许多非常昂贵的超级计算机。我不能对16000个分子重复这个。我计算了一下，我要花六万两千多年的时间。我试图将时间缩短到类似于我的一生，这就是RASCALL出现的原因。
公报:在未来的几十年里，像你这样的人将有助于回答一个有趣的问题:生命是稀有的东西，还是它根本就没那么稀有。近几十年来，人们对这一问题的看法似乎发生了转变。
索萨-席尔瓦:我很高兴看到这种转变正在发生，人们认为生活更普通了。我希望这种转变能发展到认为生活并没有那么特别的程度。这在很多情况下都是不可避免的。如果它可以出现在不同的地方,例如地球和金星,乍一看是类似的,因为它们的大小和位置但否则截然不同,那么它必须是非常常见的,因为它会傲慢的高度认为只有太阳系可以生活,但它在完全不同的环境中出现了两次。
这似乎不太可能。太阳是普通的，岩石行星是非常普遍的，形成太阳系的分子云不是特别的。地球上的生命以非常多样的形式出现，而且生命多次改变了地球的大气层。我们只知道有一颗行星上存在生命，但地球有很多行星，这是我的一位天文学家同事莎拉·鲁格海默喜欢说的。我们有大量的数据表明，在历史上，生命很擅长以多种方式自我发生。
为了清晰和长度，采访经过了编辑。
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