美国宇航局的“好奇号”火星车，在火星的三个年头里——对我们地球人来说几乎是六年——一直在火星盖尔陨石坑的近赤道探索地点上空嗅探空气。利用其火星样品分析（SAM）便携式化学实验室，火星车不仅确定了表面大气由什么组成，还确定了其气体如何随季节变化。
美国宇航局的行星科学家、SAM实验团队成员梅丽莎·特雷纳表示，火星上的许多气体“表现得非常正常”。然而，有一种气体似乎以一种完全出乎意料且非常奇怪的方式在运行：氧气。
科学家们早就知道，火星上的二氧化碳占该星球大气的95%，会在冬季在两极冻结，并在夏季升华回气体。在盖尔陨石坑周围稀薄的空气中，“好奇号”的测量显示，少量惰性氩气和氮气正如预期的那样周期性地升高和下降，这是由于二氧化碳的季节性循环造成的。
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“好奇号”的仪器还记录到大气氧气在相似的时间升高和下降，但其数量却难以轻易解释。在春季和夏季，氧气含量远高于其他气体季节性来回波动所预测的水平，而在冬季则较少。
这表明，在温暖的月份里，某种物质正在制造或释放氧气储备，并在寒冷的月份里将其捕获或吞噬。这可能是一个地质、化学、大气，甚至可能是生物过程，但目前，没有人知道罪魁祸首到底是什么。尽管氧气的波动似乎是一种局部特征，但也可能是一种区域性甚至全球性的特殊现象。
法国国家科学研究中心的行星科学家弗朗索瓦·福盖表示，这一发现令人惊讶、奇怪和神秘。纽卡斯尔大学的地球化学家和地质微生物学家乔恩·特林表示，他和其它专家感到“困惑”，这是可以理解的。
科学界面前突然出现了一个意想不到的挑战。目前还不清楚这个过度活跃的氧气案例何时才能被破解，甚至是否会被破解。美国宇航局的行星地质学家兼分析地球化学家保罗·奈尔斯表示，已经非常清楚地表明，“火星比我们想象的要更加陌生。”
好奇号毁了数据统计
对火星大气压力、温度和成分的现场测量可以追溯到近半个世纪前，从1970年代的海盗号着陆器到“勇气号”、“机遇号”，以及现在的“好奇号”火星车。“好奇号”的SAM套件，通过追踪火星大气气体含量如何随季节变化，为科学家提供了该星球大气层一个改变游戏规则的精确记录。
在温暖和寒冷月份期间，氧气过高的高峰和过低的低谷分别令人震惊。“好奇号”的科学家只能想到两种可能性：要么在火星上存在一个神秘的氧气创造者和破坏者，而科学家们对此并不知情，要么是测量结果有误。特雷纳是《地球物理研究杂志：行星》上报道该发现的研究的主要作者，她强调，这种检测和分析耗费了多年时间，并排除了所有可能的假阳性触发因素。
奈尔斯表示：“我认为他们已经尽职尽责了。”这些星际科学实验可能会出现很多问题，从设备故障到污染。尽管如此，他说，“我看不出有任何理由怀疑氧气的测量结果。”
福盖表示：“我希望这是真的，”因为一个外星氧气谜题比一个故障更有趣。
开放大学的行星科学家马尼什·帕特尔表示，一个真正的谜团将迫使研究人员回到基础。“在引用任何新的或有争议的过程之前，我们必须首先审视我们对已知氧气生成过程的理解。”
特雷纳和她的同事们正是这样做的。但他们仍然没有找到答案。太阳辐射可能会分解氧分子并将其吹入太空，但这个过程似乎太慢且效率低下，无法解释“好奇号”观测到的季节性下降。也许大气中二氧化碳的缓慢分解可能释放了氧气，导致夏季的激增——但同样，这个过程需要太长时间才能产生观测到的峰值。
火星土壤富含含氧的过氧化氢和高氯酸盐。“海盗号”着陆器证明，温暖潮湿的空气可以释放这种氧气，但这些条件在整个星球（更不用说盖尔陨石坑）上并不普遍，不足以满足SAM的数据。宇宙射线和太阳风暴的电离辐射轰击土壤可能会奏效，但据估计需要一百万年的时间才能产生在一个单独的春天看到的氧气峰值。
奈尔斯表示，我们对火星的了解还不够深入，无法掌握这个特殊的谜题。关于其化学性质——气体如何在行星上方和内部传输、它们可能具有的来源和汇，仍然存在很大的不确定性。他说，就我们所知，火星过去的事件可能导致大量氧气被锁在地下，而现在，由于某种原因，氧气正在涌回大气层。
如果答案不在火星毫无生气的空气和岩石中，那么是否是一些神秘的外星生物形式造成的？在地球上，生物的光合作用和呼吸作用会导致我们星球其他稳定的氧气浓度发生微小的波动。虽然我们不应该在火星上期待这种情况。特林表示：“这太牵强了。”火星对于维持这两种过程的生物来说似乎太不宜居了。“这几乎肯定是非生物的化学反应。”
特雷纳本人并没有排除生物学解释，但她仍然强调这种解释不太可能。“社区里的人喜欢说，这将是最后的解释，因为这将是如此重大的事情，”她说。在跳跃到任何更耸人听闻的说法之前，还有很多已知的和未知的非生物机制需要排除。
乘坐甲烷过山车
这个氧气难题让人想起了火星上调皮的甲烷，这是红色星球长期以来的另一个谜团。尽管火星空气中存在持续的低背景甲烷含量，但多年来，多个独立的科学家小组声称检测到该气体在大气中的含量出现戏剧性的、不可预测的峰值。“好奇号”在2013年发现了一个这样的峰值，并在2019年发现了另一个大得多的峰值。令人费解的是，许多地基甲烷探测没有得到火星表面高空大气探测航天器的证实，包括欧空局的微量气体轨道飞行器和火星快车。
甲烷在地球上有广泛的来源和汇。有些是地质性的，但许多是生物性的。在火星上，空气中的甲烷应该会迅速分解，因此任何峰值都被认为是在检测前不久产生的；这一事实加剧了人们对现有火星微生物祖先是“好奇号”观测到的峰值原因的猜测。但与氧气一样，福盖表示，“甲烷也完全令人困惑”。科学家们无法确定地说出任何关于它的信息，包括它是在局部、区域还是全球范围内出现，以及为什么会出现。
如果火星的甲烷峰值是真实的，并且是由某种尚未知的化学过程引起的，科学家们认为这应该会对大气中的其他气体产生连锁反应——但从未观察到类似的情况。直到现在，情况才有所不同：“好奇号”的SAM读数表明，氧气水平在各个季节有时会随着火星的甲烷浓度而升高和降低。
特雷纳表示：“这当然不是完全匹配的”；对于每种气体，峰值和谷值的时间和极端情况都会有所不同，这表明这两种气体受不同过程组合的控制。然而，如果这两种气体之间暗示的不完美同步舞蹈是真实存在的，那么了解一种气体的行为可能有助于我们理解另一种气体的行为。
既然有这么多的问题，我们该何去何从？特雷纳表示，使用SAM在火星表面吸取更多的空气将始终是受欢迎的；这些数据可以输入到模型和实验室实验中，这可能揭开火星疯狂氧气的谜团。
然而，帕特尔表示，“好奇号”只是在一个单一区域吸取气体，因此其数据不适合确认这种氧气过山车是局部还是全球现象。然而，微量气体轨道飞行器可能会有很大帮助。福盖表示：“我真的敢打赌，如果这种氧气变化是真实存在的，那么它肯定是全球性的，”而且这个轨道飞行器完全有能力确定这一点。
现在预测这将是一个巨大的现象还是一个微小的现象，一个有基本解释的现象还是一个更具革命性的根源的现象还为时过早。特雷纳表示，目前，我们唯一能有把握地说的是关于火星上狂野的氧气水平，“我们正在利用我们目前的所有理解，并说，天哪，这根本说不通。”