Ett internationellt team av astronomer, ledd av professor Jane Greaves från Cardiff University, meddelade idag upptäckten av en sällsynt molekyl – fosfin – i Venus moln. På jorden, denna gas tillverkas endast industriellt, eller av mikrober som trivs i syrefria miljöer.

Astronomer har spekulerat i årtionden att höga moln på Venus skulle kunna erbjuda ett hem för mikrober – flytande fria från den brännande ytan, men måste fortfarande tåla mycket hög surhet. Detektering av fosfinmolekyler, som består av väte och fosfor, skulle kunna peka på detta utomjordiska "luftliv". Den nya upptäckten beskrivs i en tidning i Natur astronomi .

Teamet använde först James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) på Hawaii för att upptäcka fosfin, och fick sedan tid att följa upp sin upptäckt med 45 teleskop av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile. Båda anläggningarna observerade Venus vid en våglängd av cirka 1 millimeter, mycket längre än det mänskliga ögat kan se – endast teleskop på hög höjd kan upptäcka denna våglängd effektivt.

Professor Greaves säger, "Detta var ett experiment gjord av ren nyfikenhet, verkligen — dra fördel av JCMT:s kraftfulla teknologi, och funderar på framtida instrument. Jag trodde att vi bara skulle kunna utesluta extrema scenarier, som att molnen är fulla av organismer. När vi fick de första inslagen av fosfin i Venus spektrum, det var en chock!"

Naturligtvis försiktig med de första fynden, Greaves och hennes team var glada över att få tre timmars tid med det känsligare ALMA-observatoriet. Dåligt väder tillförde en frustrerande försening, men efter sex månaders databehandling, upptäckten bekräftades.

Teammedlem Dr. Anita Richards, från UK ALMA Regional Center och University of Manchester, tillägger:"Till vår stora lättnad, förhållandena var bra vid ALMA för uppföljande observationer medan Venus var i en lämplig vinkel mot jorden. Att bearbeta uppgifterna var knepigt, fastän, eftersom ALMA vanligtvis inte letar efter mycket subtila effekter i mycket ljusa föremål som Venus."

Greaves tillägger:"Till slut, vi fann att båda observatorierna hade sett samma sak - svag absorption vid rätt våglängd för att vara fosfingas, där molekylerna är bakgrundsbelysta av de varmare molnen nedanför."

Professor Hideo Sagawa vid Kyoto Sangyo University använde sedan sina modeller för den venusiska atmosfären för att tolka data, upptäckte att fosfin är närvarande men knappt - bara ett tjugotal molekyler på varje miljard.

Astronomerna gjorde sedan beräkningar för att se om fosfinet kunde komma från naturliga processer på Venus. De varnar för att viss information saknas – faktiskt, den enda andra studien av fosfor på Venus kom från ett landerexperiment, utfördes av det sovjetiska Vega 2-uppdraget 1985.

Massachusetts Institute of Technologys forskare Dr William Bains ledde arbetet med att bedöma naturliga sätt att tillverka fosfin. Några idéer inkluderade solljus, mineraler som blåser uppåt från ytan, vulkaner, eller blixt, men ingen av dessa kunde göra i närheten nog av det. Naturliga källor visade sig göra högst en tiotusendel av den mängd fosfin som teleskopen såg.

För att skapa den observerade mängden fosfin på Venus, terrestra organismer skulle bara behöva arbeta med cirka 10 % av sin maximala produktivitet, enligt beräkningar av Dr. Paul Rimmer från Cambridge University. Alla mikrober på Venus kommer sannolikt att skilja sig mycket från sina kusiner på jorden, för att överleva under hypersura tillstånd.

Jordbakterier kan absorbera fosfatmineraler, tillsätt väte, och slutligen driva ut fosfingas. Det kostar dem energi att göra detta, så varför de gör det är inte klart. Fosfinet kan bara vara en avfallsprodukt, men andra forskare har föreslagit syften som att avvärja rivaliserande bakterier.

En annan MIT-teammedlem, Dr Clara Sousa Silva, tänkte också på att söka efter fosfin som en "biosignatur"-gas av icke-syreanvändande liv på planeter runt andra stjärnor, eftersom normal kemi gör så lite av det.

Hon kommenterar:"Att hitta fosfin på Venus var en oväntad bonus! Upptäckten väcker många frågor, till exempel hur alla organismer skulle kunna överleva. På jorden, vissa mikrober kan klara av upp till cirka 5% av syra i sin miljö - men Venus moln är nästan helt gjorda av syra."

Andra möjliga biosignaturer i solsystemet kan finnas, som metan på Mars och vatten som ventilerar från de iskalla månarna Europa och Enceladus. På Venus, det har föreslagits att mörka streck där ultraviolett ljus absorberas kan komma från kolonier av mikrober. Akatsuki rymdskepp, uppskjuten av den japanska rymdorganisationen JAXA, kartlägger för närvarande dessa mörka ränder för att förstå mer om denna "okända ultravioletta absorbator."

Teamet tror att deras upptäckt är betydelsefull eftersom de kan utesluta många alternativa sätt att tillverka fosfin, men de erkänner att det krävs mycket mer arbete för att bekräfta närvaron av "liv". Även om Venus höga moln har temperaturer upp till behagliga 30 grader, de är otroligt sura – runt 90 % svavelsyra – vilket gör att mikrober kan överleva där. Professor Sara Seager och Dr Janusz Petkowski, även både på MIT, undersöker hur mikrober kan skydda sig inuti droppar.

Teamet väntar nu ivrigt på mer teleskoptid, till exempel för att fastställa om fosfinet finns i en relativt tempererad del av molnen, och att leta efter andra gaser som är förknippade med livet. Nya rymduppdrag kan också resa till vår grannplanet, och prova molnen på plats för att ytterligare söka efter tecken på liv.

Professor Emma Bunce, President för Royal Astronomical Society, gratulerade teamet till deras arbete, "En nyckelfråga inom vetenskapen är om liv existerar bortom jorden, och upptäckten av professor Jane Greaves och hennes team är ett viktigt steg framåt i den strävan. Jag är särskilt glad över att se brittiska forskare leda ett så viktigt genombrott - något som talar starkt för ett återvändande rymduppdrag till Venus."

Vetenskapsminister Amanda Solloway sa:"Venus har i decennier fångat fantasin hos forskare och astronomer över hela världen."

"Denna upptäckt är oerhört spännande, hjälper oss att öka vår förståelse av universum och till och med om det kan finnas liv på Venus. Jag är otroligt stolt över att denna fascinerande upptäckt leddes av några av Storbritanniens ledande forskare och ingenjörer som använder toppmoderna anläggningar byggda på vår egen mark."