火星上探测到高浓度甲烷，祝融号能否揭开来源之谜？

甲烷

火星上的甲烷一直是谜一样的存在，在光临过火星的各种探测器中，有些能发现他们的存在，而有些就不能。而甲烷，常常是厌氧微生物存在的间接证据。这种气体在地球上有另一个词“沼气”。

在火星探测到甲烷的报告吸引了科学家和非科学家的注意。在地球上，大量的甲烷是由帮助大多数牲畜消化植物的微生物产生的。这个消化过程以牲畜呼气或向空气中打嗝结束。

虽然火星上没有牛、绵羊或山羊，但在那里发现甲烷令人兴奋，因为这可能意味着微生物曾经或现在生活在这颗红色星球上。然而，甲烷可能与微生物或任何其他生物学无关。涉及岩石、水和热相互作用的地质过程也可以产生它。

在确定火星上甲烷的来源之前，科学家们必须解决一个一直困扰着他们的问题：为什么有些仪器可以检测到气体而有些则不能？例如，美国宇航局的好奇号火星车多次在盖尔陨石坑表面上方探测到甲烷。但是 ESA（欧洲航天局）的 ExoMars 微量气体轨道飞行器没有在火星大气中检测到任何更高的甲烷。

“当微量气体轨道飞行器于 2016 年加入时，我完全期待轨道飞行器团队报告火星上到处都有少量甲烷，”样本中可调谐激光光谱仪 (TLS) 仪器的负责人克里斯韦伯斯特说好奇号火星车上火星 (SAM) 化学实验室的分析。

TLS 测得的盖尔陨石坑中甲烷的平均体积不到十亿分之一。这相当于在奥林匹克规模的游泳池中稀释一撮盐。这些测量结果因体积高达 20 ppb 的令人困惑的尖峰而被打断。

“但是当欧洲团队宣布它没有看到甲烷时，我绝对感到震惊，”在南加州美国宇航局喷气推进实验室工作的韦伯斯特说。

欧洲轨道飞行器旨在成为测量整个地球上甲烷和其他气体的黄金标准。同时，好奇号的 TLS 非常精确，它将被用于国际空间站的早期火灾探测和跟踪宇航员服中的氧气水平。它还被许可用于发电厂、输油管道和战斗机，飞行员可以在这些地方监测面罩中的氧气和二氧化碳水平。尽管如此，韦伯斯特和 SAM 团队对欧洲轨道飞行器的发现感到震惊，并立即着手仔细检查火星上的 TLS 测量结果。

火星甲烷来自哪里？

好奇号火星车自 2012 年以来一直在火星表面，尽职尽责地进行研究——它的任务最初计划只进行两年，但尽管磨损和不断存在的火星尘埃，这个小型火星车仍在继续运行。早在 2013 年，好奇号发送的读数表明它发现了一定数量的甲烷，一天后，轨道飞行器确认了读数。有趣的是，一个名为“微量气体轨道器”的欧洲太空探测器在 2016 年研究了火星的同一部分，但没有发现任何甲烷的踪迹。

在火星上发现甲烷也很有趣，因为已知这种气体在暴露于阳光和其他化学反应时会分解——因此，在火星表面发现的任何甲烷都必须在几个世纪内相对较新。但《纽约时报》也指出，很久以前的地质过程可能会产生一定量的甲烷，然后它被困在地表下——它现在出现在地表是缓慢泄漏的结果。

Moores 和其他好奇号团队成员在 Gale Crater 研究风模式，假设甲烷测量值之间的差异归结为一天中的时间。因为它需要大量电力，所以 TLS 主要在夜间运行，而其他好奇号仪器都没有工作。摩尔斯指出，火星的大气在夜间很平静，因此从地面渗出的甲烷会在好奇号可以探测到的地表附近积聚。

另一方面，微量气体轨道飞行器需要阳光来确定地表上方约 3 英里或 5 公里处的甲烷。“行星表面附近的任何大气层在白天都会经历一个循环，”摩尔斯说。随着暖空气上升和冷空气下沉，来自太阳的热量搅动大气。因此，夜间封闭在地表附近的甲烷在白天混合到更广阔的大气中，将其稀释到无法检测到的水平。“所以我意识到没有任何仪器，尤其是绕轨道运行的仪器，会看到任何东西，”摩尔斯说。

来自火星车本身？

一些专家认为，火星车本身正在释放气体。“所以我们研究了与漫游车指向、地面、岩石破碎、车轮退化的相关性——你能想到的，”韦伯斯特说。“我不能夸大团队为检查每一个小细节所做的努力，以确保这些测量是正确的，而且确实如此。”

韦伯斯特和他的团队今天在《天文学与天体物理学》杂志上报告了他们的结果。

在 SAM 团队努力确认其甲烷检测结果时，好奇号科学团队的另一名成员、来自多伦多约克大学的行星科学家 John E. Moores 在 2019 年发表了一项有趣的预测。考虑到这一点，就我提出的问题而言：'如果好奇号和微量气体轨道器都是正确的怎么办？'”摩尔斯说。

立即，好奇号团队决定通过收集第一批高精度白天测量来测试摩尔斯的预测。TLS 在火星的一天中连续测量甲烷，将夜间测量与白天测量括起来。在每次实验中，SAM 吸入火星空气两个小时，不断去除二氧化碳，二氧化碳占地球大气的 95%。这留下了一个浓缩的甲烷样本，TLS 可以通过多次使红外激光束通过它来轻松测量，该样本经过调整以使用被甲烷吸收的精确波长的光。

“约翰预测甲烷在白天应该有效地降到零，我们的两次白天测量证实了这一点，”SAM 的首席研究员保罗马哈菲说，他在马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心工作。TLS 的夜间测量完全符合团队已经建立的平均值。“所以这是消除这种巨大差异的一种方式，”马哈菲说。

虽然这项研究表明盖尔陨石坑表面的甲烷浓度全天都在上升和下降，但科学家们尚未解决火星上的全球甲烷难题。甲烷是一种稳定的分子，预计在被太阳辐射分解之前会在火星上持续大约 300 年。如果甲烷不断从所有类似的陨石坑中渗出，科学家们怀疑这很可能是因为盖尔在地质上似乎并不是独一无二的，那么它应该已经在大气中积累了足够多的气体供微量气体轨道飞行器检测到。科学家怀疑，在不到 300 年的时间里，某种东西正在摧毁甲烷。

正在进行实验以测试由火星大气中的尘埃引起的非常低水平的放电是否会破坏甲烷，或者火星表面的大量氧气是否会在甲烷到达高层大气之前迅速将其破坏。

“我们需要确定是否存在比正常情况更快的破坏机制，以完全协调来自漫游车和轨道飞行器的数据集，”韦伯斯特说。

随着祝融号登录火星，甲烷之谜应该快要解开了

梵观点：火星或许曾经短暂地有过生命，亦或许现在也还有。