现在是更新火星空气成分列表的时候了。
2012年末，NASA的好奇号探测器将空气吸入其车载实验室，并用一对光谱仪分析了火星的大气成分。这项调查的结果于7月19日发表在《科学》杂志上，修正了关于红色星球空气组成的数十年旧数据，并描绘了自行星形成以来大气层如何变化的广阔图景。
环绕火星的稀薄气体层，其大气压力仅为地球海平面的约1%，主要成分是二氧化碳，氮气和氩气的贡献要小得多。这三种气体加起来占大气层的99%以上。（地球大气层也主要由三种气体组成：氮气、氧气和氩气，按此顺序排列，外加不定量的水蒸气。）
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但NASA的维京号任务在1970年代探测到氮气的贡献明显高于氩气——氮气为2.7%，氩气为1.6%。来自好奇号火星样本分析光谱仪的新测量结果表明，这两种气体的含量几乎相等。事实上，氩气（1.93%）似乎略高于氮气（1.89%）。新测量的精确度几乎没有不确定性，尽管来自好奇号的未来数据将有助于限制大气成分的任何季节性变化。
探测器已经在研究火星大气层更长时间尺度的变化，方法是测量存在哪些气体以及这些气体中存在哪些核同位素。（同位素是同一元素中原子质量不同的原子。）然后，研究人员可以将同位素测量结果与古代气体进行比较，这些古代气体被困在火星岩石中，这些岩石因撞击从地表释放出来，以陨石的形式落到地球上。
“它首次告诉我们大气成分的精确度非常高，足以与我们所有实验室中的陨石进行直接比较，”位于加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室的实验大气科学家克里斯·韦伯斯特说，他是新的探测器研究报告的主要作者之一。
例如，二氧化碳分子中同位素的比率可以表明有多少火星大气层已经流失到太空——无论是被陨石撞击吹走还是被太阳风剥离。由普通的碳-12（该元素最常见的形式）制成的二氧化碳分子比含有重同位素碳-13的分子更轻，更容易逃逸到太空。因此，大气层的流失使行星的二氧化碳库中碳-12减少，而碳-13相对富集。
与过去的任务（如维京号和NASA的凤凰号着陆器）相比，好奇号揭示了碳-13的更大作用，支持了火星曾经拥有更丰富大气层的观点。有趣的是，好奇号的数据与对一块名为阿兰·丘陵84001的陨石的分析非常吻合，这块陨石形成于远古火星，之后被喷射到太空，随后落在南极洲。（阿兰·丘陵陨石在1996年声名鹊起，当时科学家们提出了一个极具争议性的建议，即它可能包含火星生命的化石遗骸。）
“我们知道阿兰·丘陵陨石有40亿年的历史，”韦伯斯特说。“它捕获了早期火星大气层的气体。” 另一方面，好奇号可以确定今天大气层的精确组成。“因此，我们现在有足够的信心和足够的测量精度来进行比较。总的来说，结果是大气层在40亿年里变化很小。” 换句话说，火星大部分大气层似乎在行星形成后的相对较短时间内（45亿年前）就已流失。
这并不意味着最近没有任何变化。甲烷，一种一些行星科学家预计会随着时间推移发生巨大变化的气体，在新研究中显著缺席。 近年来，来自地球的测量结果表明火星上甲烷羽流的出现和消失，这些羽流可能来自地质甚至生物来源。这些观测引发了争议，好奇号应该有助于解决这些争议。探测器尚未检测到这种气体，但这并不一定意味着它不存在于火星大气层中。探测器科学家可以从好奇号的未检测结果中推断出的甲烷丰度的精确上限将在以后的研究中出现。
“这是一个大新闻，所以我们决定将其分开，”韦伯斯特说。“我们有一个非常有趣的结果，”他补充道，该结果已提交给《科学》杂志发表。“我可以告诉你，我们没有明确检测到甲烷。” 好奇号对甲烷丰度的限制是否与红色星球季节性甲烷喷发存在时的预期水平强烈冲突，仍有待观察。如果确实如此，那么这些据称来源神秘的羽流可能会与阿兰·丘陵陨石中所谓的化石一起，被列入火星幻影的长长清单中，这让乐观的天体生物学家和兴奋的公众感到沮丧。“这不是人们想听到的消息，”韦伯斯特说。“他们真的不想听到火星上没有甲烷。”