关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您将帮助确保关于塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事能够继续存在。
火星上有生命吗？ 答案可能在风中飘荡。
研究人员今天在美国地球物理联合会的会议上宣布，NASA 的好奇号探测器在火星稀薄、寒冷的大气中探测到甲烷的波动痕迹——这可能是生命迹象。
在火星各地以及好奇号正在缓慢攀登被称为夏普山的沉积岩尖峰的盖尔陨石坑内，甲烷以略低于十亿分之一体积浓度（ppb）的背景浓度存在于大气中。 然而，出于未知原因，在两个月的时间里，探测器四次测量到高得多的甲烷丰度，约为背景水平的十倍。 对甲烷排放的进一步原位研究可能有助于确定火星是否存在生命，现在或在遥远的过去，尽管目前尚不清楚这些研究何时或是否会进行。 这些发现发表在《科学》杂志上。
“地球上大部分甲烷是由生物产生的，人们一直希望‘火星上的甲烷’可以简化为‘火星上的生命’，”主要作者克里斯·韦伯斯特说，他是 NASA 喷气推进实验室的高级研究科学家，位于加利福尼亚州帕萨迪纳。“但我们尚无法区分我们看到的高甲烷水平是地球化学产生的还是生物产生的。” 韦伯斯特和他的团队认为，意想不到的甲烷爆发是在相对较近的地方产生的，在探测器的北部某处，然后被盛行风带到好奇号。
这些发现与好奇号一年前发布的早期结果截然相反，早期结果使用了在一个火星年三分之一的时间内收集的数据，几乎排除了火星空气中存在大量甲烷的可能性。 现在看来，这个零结果是由于火星甲烷的实际背景水平恰好低于好奇号仪器标准操作的可探测阈值。
为了嗅出甲烷，好奇号团队不得不寻找更长时间、更努力。 对于这些新结果，他们收集了一个完整火星年的数据，并收集了“富集”的火星空气样本，这些样本去除了二氧化碳，以放大微弱的甲烷痕迹。 韦伯斯特说，他们最终发现的十亿分之一的甲烷背景转化为每年约有 200 公吨的气体在火星大气中流动。 相比之下，地球每年约有 5 亿公吨的甲烷在其空气中循环。
地球上大部分甲烷来自生活在低氧环境中的厌氧细菌，例如停滞的水和动物的肠道，尽管流经富含矿物质岩石的热水等非生物过程也可能产生这种气体。 火星微小的甲烷背景与紫外线照射陨石、彗星和星际尘埃的富碳碎片应该产生的甲烷大致一致，这些碎片周期性地落到这颗红色星球上。 但这种机制很难解释好奇号观察到的甲烷峰值，因为它需要盖尔陨石坑附近发生大型、非常近期的陨石撞击或空爆，这将留下明显的迹象，而警惕的轨道航天器现在应该已经发现了这些迹象。 或者，好奇号团队认为，甲烷峰值可能来自未被发现的、埋藏的笼形化合物沉积物，笼形化合物是由冰晶格组成，可以捕获甲烷等气体在其晶体结构中。
另一种可能性是，甲烷峰值不是在好奇号附近产生的小型、瞬时事件，而是来自发生在星球上更远地方的更大规模的甲烷释放的迹象。 十多年来，各个团队使用来自地球望远镜或行星际轨道飞行器的充满噪声的观测数据，声称看到了火星大气中大规模甲烷释放的迹象，浓度在十到近六十 ppb 之间不等。 2009 年，其中一个团队的负责人，NASA 戈达德太空飞行中心的高级科学家迈克尔·穆玛，宣布探测到巨大的、环绕全球的甲烷羽流，周期性地从火星表面的局部区域喷出。
其他研究人员，特别是 NASA 艾姆斯研究中心的凯文·扎恩勒，对羽流的真实性表示怀疑。 扎恩勒说，地球大气的影响可能污染了穆玛的望远镜数据，并且羽流据称的瞬时性需要某种强大的行星范围的化学催化剂的不太可能存在，以清除空气中的甲烷。 好奇号早期对看似无甲烷的火星空气的嗅探被广泛认为是更明确的反驳，因为即使存在某种未知的甲烷清除催化剂，如此巨大的羽流仍然会在整个星球大气中留下清晰可探测的增强气体浓度。
尽管他在 2009 年声称的巨大羽流现在已经失宠，但穆玛仍然怀疑类似它们的羽流，从远离探测器的地方大量喷出，可能是好奇号甲烷峰值的来源。 他指出，支持较弱、较局部释放的论点依赖于对盖尔陨石坑及其周围风模式的假设，而这些假设尚未得到现有数据的充分支持。
“好奇号的结果真正证实的是，我们仍然不了解火星上甲烷的释放和持久性，”穆玛说。 “简而言之，这非常令人兴奋，因为它非常清楚地表明甲烷在星球上有来源。”
然而，该来源也可能是探测器本身，已知该探测器的组件过去曾释放出少量甲烷。 “探测器内部有很多甲烷，这是毫无争议的，”扎恩勒说，他是一位即将发表在《科学》杂志上关于这些发现的评论的作者。 “真正的问题是样本中甲烷的来源是什么：是探测器还是火星？”
韦伯斯特说，好奇号团队已经竭尽全力测试探测器可能产生的混淆效应，反复监测其所有相关组件是否有甲烷污染的迹象。 该团队甚至仔细分析了好奇号在其探测到甲烷增强的路段采集的岩石样本，以防探测器的重型车轮恰好压碎了其履带下富含气体的物质沉积物。 一次又一次，他们的结果表明，最合理的结论是，好奇号测量的甲烷峰值是发生在其他地方、探测器直接附近之外的神秘过程的真实迹象。
如果这些过程是生物性的，并且火星微生物现在仍在地下避难所中排放甲烷，韦伯斯特认为我们现在触手可及就能找到答案。 “在地球上，细菌是懒惰的，或者更确切地说，效率低下，”他说。 “它们喜欢使用较轻的碳同位素，碳 12。 因此，它们产生的甲烷中较重的同位素碳 13 的含量会减少多达百分之十五。” 韦伯斯特认为，如果好奇号足够幸运地观察到另一次甲烷峰值，对收集“富集”空气样本的过程进行相对较小的调整，就可以让探测器充分测量碳 12 与碳 13 的比率，从而区分生物和非生物来源。 本质上，所有需要的只是更多的测量次数和更长的“富集”时间来获取好奇号的空气样本。
然而，这些测量面临着与探测器目前正在尝试攀登夏普山一样陡峭的竞争。 韦伯斯特说，好奇号上次嗅探空气中的甲烷是在五个月前。
NASA 戈达德太空飞行中心的好奇号团队高级成员保罗·马哈菲说，好奇号的任务原本是研究古代火星上适宜居住的迹象，而不是研究今天火星上生命的迹象。 对更多火星甲烷的密集搜索很容易妨碍好奇号完成这些主要目标。 其他未来的任务，例如欧洲的ExoMars轨道飞行器和探测器（将于本十年晚些时候发射）或 NASA 的下一个探测器（计划于 2020 年发射的好奇号克隆体），可能会采取必要的下一步措施来解开火星甲烷之谜。 韦伯斯特指出，现在存在比好奇号甲烷嗅探套件灵敏一千倍的仪器，理论上可以轻松辨别出气体的潜在生物起源。 但目前尚无计划将这些仪器用于 NASA 或任何其他航天机构的任何即将到来的任务。
“我们将继续监测甲烷，但不幸的是，这些实验非常耗电，”马哈菲说。 “它们消耗了 [好奇号] 的大量资源，而且总是有很多地质工作要做。”
在宣布令人兴奋的甲烷结果的同一会议上，好奇号团队还展示了更多证据，表明火星在其生命的早期是温暖潮湿的，远比地球更像地球，并且可能能够维持生命。 可惜的是，除非我们目前的探索步伐和重点发生重大转变，否则关于这颗星球现在是否维持生命的问题可能在未来许多年内仍未得到解答。