[논문 리뷰] Ammonia and Phosphine in the Clouds of Venus as Potentially Biological Anomalies

Carol E. Cleland, Paul B. Rimmer|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Planetary Science and Exploration인용 수 1

한 줄 요약

논문은 금성 대기 중 암모니아와 포린의 일시적 탐지가 생물학적 이면을 가질 수 있는 이상 현상—즉, 비생물학적 또는 생물학적 과정으로 분류되지 않는 화학적 비균형 상태—를 제안한다. 이러한 현상을 명백한 생물지표가 아니라 지속적이고 해결되지 않은 이상 현상으로 재구성함으로써, 저자들은 금성 대기의 평형 상태에 대한 고착된 가정을 도전하고, 지구 중심 모델을 초월해 새로운 형태의 외계 생명을 탐색하는 데 있어 개방적인 과학적 탐구를 옹호한다.

ABSTRACT

We are of the opinion that several anomalies in the atmosphere of Venus provide evidence of yet-unknown processes and systems that are out of equilibrium. The investigation of these anomalies on Venus should be open to a wide range of explanations, including unknown biological activity. We provide an overview of two anomalies, the tentative detection of ammonia and phosphine in Venus’s atmosphere. These anomalies fly in the face of the tacit assumption that the atmosphere of Venus must be in chemical redox equilibrium, an assumption connected to the belief that Venus is lifeless. We then discuss several major past discoveries in astronomy, biology and geology, which lead to the abandonment of certain assumptions held by many scientists as though they were well-established principles. The anomalies of ammonia and phosphine in the atmosphere of Venus are placed in the context of these historical discoveries. This context supports our opinion that persistence by the community in the exploration of these anomalies with a skeptical eye towards tacit assumptions will increase the chances of making profound discoveries about the atmosphere of Venus and the diverse and often strange nature of planetary environments. To be submitted to Aerospace Special Issue “The Search for Signs of Life on Venus: Science Objectives and Mission Designs”.

연구 동기 및 목표

• 역사적으로 연구자들이 이상한 대기 현상에 눈을 돌리지 못하게 한, 금성 대기가 화학적 산화환원 평형 상태에 있다고 암묵적으로 가정하는 것에 도전하기 위해.
• 암모니아와 포린의 탐지 결과를 명백한 생물지표가 아니라 '잠재적으로 생물학적 이상 현상'으로 재구성하여, 비생물학적 또는 생물학적 과정으로 분류되지 않는 현상으로 간주하기 위해.
• 고정된 지구 중심의 생명 기준이 아닌, 해결되지 않은 이상 현상에 우선순위를 두는 베이지안적이고 중립적인 생물지표 탐지 접근 방식을 옹호하기 위해.
• 이상 현상이 주요 과학적 돌파구로 이어진 역사적 사례를 강조함으로써, 금성 대기의 복잡한 화학에 대한 깊이 있는 조사 촉진을 위해.
• 생명의 고정된 정의가 아니라 지속적이고 설명되지 않은 화학적 비균형 상태에 초점을 맞춘 외계 생명 탐색 방식을 재구성하기 위해.

제안 방법

• 표준 산화환원 값(예: H2는 −1, H2O는 +0, O2는 +2, CO는 −1, H2S는 −3, NH3는 +1.5, PH3는 −3)을 사용하여 금성 대기의 산화환원 비균형을 분석하기 위해.
• H2SO4와 같은 강력한 산화제와 함께 존재하는 30–45km 고도의 금성 구름층에서 암모니아(NH3)와 포린(PH3)의 탐지 결과를 이상 현상로 평가하기 위해.
• 지속적인 이상 현상들을 일시적인 생물지표로 간주하는 베이지안 프레임워크를 적용하여 생명체 존재 가능성과 비생물학적 과정의 가능성을 평가하기 위해.
• 초기에는 비생물학적 설명이 어려웠지만 이후 범주 전환을 이끌었던 역사적 과학적 이상 현상(예: 화성의 메탄, 외계 행성의 산소)과 유사성을 비교하기 위해.
• 조기 분류를 피하고 새로운 형태의 생명체나 알려지지 않은 비생물학적 화학 반응을 탐색할 수 있도록, '잠재적으로 생물학적 이상 현상' 개념을 적용하기 위해.
• 고정된 정의가 아니라 지속적이고 설명되지 않은 화학적 비균형 상태에 초점을 맞춘 생명 탐색 방식을 재구성하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금성 대기 중 암모니아와 포린의 탐지가 가정된 대기 산화환원 평형 상태의 맥락에서 이상 현상으로 간주되는 이유는 무엇인가요?
• RQ2 이러한 이상 현상은 왜 금성 대기가 화학적으로 관성 있고 평형 상태에 있다고 오랫동안 믿어온 가정을 도전하는가요?
• RQ3 이러한 이상 현상은 과학사에서 천문학, 생물학, 지질학 분야에서 중요한 발견으로 이어진 역사적 이상 현상과 어떤 유사성을 가지나요?
• RQ4 산화환원 비균형이 잠재적 생물지표로서의 역할을 하는 이유는 무엇이며, 명백한 생명 기준이 없는 상황에서 어떻게 평가되어야 할까요?
• RQ5 비생물학적 과정에 대한 사전 정의된 기준이 없는 상황에서, 생물지표 탐지에 대해 베이지안적이고 중립적인 접근 방식은 극한의 행성 환경에서 외계 생명을 찾는 데 어떻게 기여할 수 있나요?

주요 결과

• 30–45km 고도에서 금성 대기 중 암모니아(NH3)의 일시적 탐지는 산화환원 비균형 상태를 나타내며, NH3(산화환원 값 +1.5)가 강력한 산화제인 H2SO4와 함께 존재하기 때문이다.
• 금성의 구름층에서 포린(PH3)의 탐지는 마찬가지로 이례적인 현상이며, PH3(산화환원 값 −3)는 상부 구름층의 산화성 환경와 호환되지 않는다.
• 이러한 이상 현상들은 비생물학적 또는 생물학적 과정으로 분류되지 않아, 기존의 가정을 도전하는 '잠재적으로 생물학적 이상 현상'의 주요 후보가 된다.
• 이러한 이상 현상들이 타당한 비생물학적 설명을 회피하면서 지속되는 것은, 아직 이해되지 않은 새로운 화학적 또는 생물학적 과정을 시사할 수 있음을 의미한다.
• 만약 금성 대기 중 산화환원 비균형이 결국 비생물학적 과정에 의해 설명된다면, 산화환원 비균형이 신뢰할 수 있는 생물지표라는 가설은 반증된다.
• 저자들은 이러한 이상 현상을 명백한 생명의 징후가 아니라 개방적인 과학적 수수께끼로 간주함으로써, 새로운 형태의 행성 화학 또는 생명체를 발견할 잠재력을 극대화할 수 있다고 결론 내린다.