相比金星的磷化氢，火星上的甲烷更出名丨奔·火

作者：陈岳松（中国科学院月球与深空探测总体部 中国科学院国家空间科学中心）

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

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日前，“金星大气中发现磷化氢”的消息引起了大家的关注。虽然后续研究对其提出了强烈质疑，但是这一事件足以说明，人们对于寻找外星生命迹象的兴趣有多大，只是一些“标志性气体”的痕迹，就足以“刷屏”。

不过，相比金星的“磷化氢”，火星上的甲烷更出名，毕竟科学家已经不止一次宣布在火星上发现了甲烷。

最近的一次是2019年6月23日，美国国家航空航天局（NASA）称“好奇号”在火星上发现了“令人吃惊的高含量甲烷”，即浓度约为十亿分之二十一的甲烷气体，这个结果让NASA的科学家们都非常兴奋，暂时中止了“好奇号”的其它探测任务，全力以赴探测甲烷的来源。人类又一次捕捉到了代表生命的精灵，这意味着我们与火星生命更近了一步。

甲烷与生命有什么联系？

我们是不是孤独地生活在这个宇宙中，其他星球上有没有生命？

人类一直在寻找外星生命，火星一直被认为是存在生命的。在寻找火星生命痕迹的研究中，火星甲烷是一个备受关注的领域，因为它一直被看作是生命活性的标志。在地球上，90%以上的甲烷是由微生物和其他有机体产生的，可以说我们每个人都和甲烷打过交道。比如，牛是一种反刍动物，在消化牧草的过程中会产生甲烷，通过“打嗝”“放屁”排放到大气中，大面积种植水稻也会产生甲烷，夏日湖底的淤泥经常冒出气泡，实际上是湖底的微生物排出的甲烷气体。当然，少量的甲烷也可以通过地质过程产生，如没有生物参与的地热反应。

地球大气中所有甲烷的浓度约为十亿分之十八的体积，对比一下火星的十亿分之二十一，可见“好奇号”发现的甲烷浓度是相当惊人的。

甲烷的产生和分解过程 （图片来源：NASA）

很多科学家认为，在火星的早期，约40亿年前，火星可能是一个温暖湿润，适宜生物生存的星球。如果那时候火星上曾经出现过生命，甚至是复杂生命，即便经历了漫长的演化，也一定会留下生命的痕迹，甚至可能还有古老的微生物至今仍在火星地下某个地层中继续繁衍生息，若如此，释放出甲烷就是必然的了。

甲烷是不稳定的，太阳紫外线的照射会让甲烷迅速分解，大约需要12年的时间，阳光就能把空气中的甲烷分解消失，这意味着一旦发现甲烷，就一定是最近释放出来的，不管它是来自生命过程还是非生命过程，因此甲烷在火星生命探索中是非常重要的标志。

这不是科学家第一次宣布火星发现甲烷，肯定也不是最后一次。它在火星上忽隐忽现，像一个无法抓住的精灵，时而出现在人们的视野，时而又消失的无影无踪，一次又一次撩拨着人们对火星生命好奇的心。

火星上曾发现过甲烷吗？

第一次宣称发现火星甲烷是在2004年，欧洲航天局“火星快车号”轨道探测器科学小组宣布，探测器搭载的摄谱仪在火星大气层中发现了甲烷，这在当年是一个轰动的新闻，甲烷的发现对于寻找外星生命的科学家来说是巨大的鼓舞。但“火星快车号”报告的甲烷含量极低，只有大约十亿分之一，基本处于仪器探测精度的边缘上，因此许多研究人员认为甲烷可能是设备错误数据造成的假象。

2009 年，NASA的一位科学家宣称，他们利用地球上的望远镜，观测到了火星上正在释放甲烷的现象，在火星地表的特定区域有甲烷流定期喷射而出。但这些结论随后也遭到了质疑，有科学家认为发现的甲烷可能是地球大气环境的影响，地球环境干扰了天文望远镜的观测数据。

火星上到底有没有甲烷？这成了有关火星的众多未解之谜中最令人着迷的问题之一。就是在这样的背景下，2011 年 11 月 26 日，以寻找火星生命存在的证据为重要目标的“好奇号”——由12岁华裔小女孩马天琪（Clara Ma）命名的火星车——发射升空，经过了八个半月的长途跋涉，终于与火星会合。

2012 年 8 月 6 日，“好奇号”火星车成功在火星盖尔陨石坑着陆，带着全世界最先进的质谱仪踏上了火星的茫茫大地，科学家们期待着“好奇号”揭开火星甲烷之谜。起初，它在火星大气中发现的甲烷浓度不到十亿分之一，可以说是一无所获。

2013-2014年，“好奇号”在其周围的大气层中测量了甲烷的十倍峰值，研究人员在20个月的时间里，进行了十二次采样，以嗅探大气中的甲烷，尤其在2013年末和2014年初的两个月中，测量结果平均为十亿分之七，在此之前和之后的平均读数仅为该水平的十分之一，这个重大发现让一些行星科学家激动难眠。但也有质疑者认为“好奇号”本身就可能携带甲烷。针对质疑，“好奇号”团队仔细检查了所有可能污染甲烷的“好奇号”部件和它穿过地区的岩石样本，反复核实后，他们宣布“好奇号”监测到的甲烷气流确实是发生在它所在位置附近某处的神秘进程的迹象。

为了解开火星生命之谜，也为了彻底弄清火星甲烷之谜，欧洲航天局和俄罗斯航天局联手制定了ExoMars计划，其最主要的科学目标之一就是探测和分析火星大气层组分，特别是对甲烷的探测。ExoMars搭载的气体跟踪轨道器（TGO）由两个光谱仪独立组成，这些仪器的灵敏度可以达到万亿分之五十，比以往的高出许多，研究团队相信，哪怕火星大气中仅存在非常微量的甲烷分子，探测仪也能够检测到它们。

2016年TGO到达火星轨道，开展了火星大气成分的探测，然而，如此高灵敏度的仪器经过2年的工作，没能探测到火星甲烷的存在。2018年12月，研究团队宣布了一个令大家失望的消息——TGO没有在火星大气层中发现甲烷的痕迹。尽管如此，科学家们依旧比较认可先前的火星甲烷探测数据，如果甲烷是从火星土壤中溢出，而不是来自大气，那么火星地面的探测器会比TGO这样的轨道飞行器更适合探测甲烷。

在这之前，2018年6月的《科学》杂志上，美国科学家发表了“好奇号”发现火星大气中甲烷水平的季节性变化的论文，科学家描述了在近三年的火星年（地球六年）中，火星大气中甲烷季节性变化的新发现。这个发现是由“好奇号”的火星样品分析（SAM）仪检测到的，探测结果表明火山口中的甲烷含量在夏季含量较高，在每年的冬季含量较低，如果探测结果是正确的，尽管水-岩石的化学作用可以产生甲烷，但科学家们更倾向采用生物排放的可能性来解释这一现象。

时间来到2019年，对火星甲烷的争论依然没有停下来。2019年4月1日，欧洲空间局发布了对火星甲烷探测结果的一篇报道，报道称“火星快车”探测器于2013年6月16日在盖尔陨石坑（也是“好奇号”所在地）的火星大气中探测到了甲烷分子，证实了之前“好奇号”火星车的测量结果。而“好奇号”当年颇具争议的甲烷发现，则恰好发生在前一天。科学团队认为此次发现的甲烷，可能是盖尔陨石坑附近的断层区域发生了短暂性地质事件，使地层中存储的甲烷被释放出来。孤立不证，而两个团队在同一区域采用不同的仪器，用不同的方式都探测到甲烷，或许增加了证据的可信性。

有意思的是，9天后，2019年4月10日，《自然》杂志同时发表两篇火星研究论文，报告了“火星快车”的TGO观测结果，其中一篇论文称，TGO没有在火星上检测到甲烷。

2个月后，2019年6月23日，美国宇航局宣称，本周“好奇号”在火星的测量发现了一个令人惊讶的结果，甲烷在火星大气中的含量为十亿分之二十一，是2013年峰值的三倍。“好奇号”在周末进行了甲烷的后续实验，在星期一清晨甲烷含量急剧下降，检测到的甲烷量不到十亿分之一，接近“好奇号”始终可见的背景水平。

这一发现仍是初步的，科学家需要更多的时间来分析这些线索并进行更多的观测。“好奇号”火星车、“火星快车”和“微量气体轨道飞行器（TGO）”任务相关的科学家一直在讨论最新的发现，也许不久的将来，科学家就可以解释为什么微量气体轨道器和“好奇号”的甲烷观测值如此不同。

神秘的火星甲烷探测历程 （图片来源：ESA）

无论现在发现的火星甲烷是不是真的，我们都该庆幸我们正处于这个谜题的探索阶段，相信找到火星甲烷只是时间问题，我们的“天问一号”或许就能发现充足的证据。什么时候能够准确抓住这个精灵，我们也就离“火星生命”的答案更近了一点。