欧俄联手探秘火星甲烷气体

四月初，一个名为追踪气体轨道器(TGO)的探测器到达了火星上一个指定的圆形轨道。从21日起，TGO开始收集火星甲烷气体的科学数据。

该轨道器是火星探索任务“外火星”的一部分，这是欧洲航天局(欧空局)和俄罗斯联邦航天局(俄空局)的一个合资企业。它于2016年3月发射，同年10月进入火星轨道。现在，在绕火星运行1000周后，这个3.5吨重的探测器已经到达了研究火星大气的理想位置，并准备好进行第一次科学探索。

TGO是第一艘专门设计用于研究火星甲烷的宇宙飞船。这有望解决火星科学中最有争议的难题之一:甲烷到底是从哪里起源于火星的？

火星上甲烷积聚的证据

火星的大气几乎完全是二氧化碳。甲烷、水蒸气和臭氧占火星干燥寒冷大气的不到1%。然而，研究人员对甲烷特别感兴趣，因为这些微量气体可能是生命或地质活动的信号，为研究火星气候历史提供了线索。

几个世纪以来，火星大气中的化学反应应该已经摧毁了任何甲烷分子，但是可测量的甲烷水平表明，一定有一个活跃的来源在补充火星上的甲烷总量。科学家使用地球望远镜、火星轨道器和好奇号探测器捕捉火星大气中的甲烷已经有15年了。甲烷存在的证据越来越多。

好奇号的探测器得出结论，火星大气中甲烷的本底水平平均为0.5 ppb(1 ppb = 10亿分之一)，而地球大气中为1875ppb。然而，随着时间的推移，火星上的甲烷浓度发生了变化，注入的甲烷羽流的最大浓度达到了45ppb。好奇号还检测到大约7ppb的波动。

火星甲烷到底从哪里来

火星上甲烷存在的证据是确凿的，但是关于其来源的争论已经加剧。

安阿伯密歇根大学的行星科学家托西尔·安蒂亚说:“地球大气中95%的甲烷来自现在和过去的生物，所以科学家自然想知道火星甲烷是否也来自生物。”

加州理工学院的行星科学家贝塔尼·埃尔曼说:“甲烷浓度的变化意味着应该有活跃的源头或强烈的地质沉降。”

参与主分光计NOMAD和彩色照相机CaSSIS工作的英国行星科学家马尼什·帕特尔说:“我们正在寻找像撞击坑、岩石滑坡或大裂缝这样的东西。”

科学的有效载荷将派上用场。

TGO携带的四个主要科学仪器将收集数据以创建火星上痕量气体的完整地图，并以前所未有的细节显示它们在火星上的存在及其随时间的变化。

其中，NOMAD光谱仪主要工作在电磁波谱的红外、紫外和可见部分。它使航天器能够在离地面400公里的轨道高度透过大气层向下看。美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的行星科学家迈克尔·穆马说，NOMAD在探测大气方面有很高的灵敏度。它收集的数据可以识别吸收不同波长光的各种气体及其光谱特征。

此外，彩色相机卡西斯将建立火星地形的详细三维地图。如果其他仪器确定甲烷浓度峰值，研究人员将能够通过卡西斯数据观察几乎同时拍摄的图像，试图识别火星表面甲烷的可能来源。

这场辩论可能在未来几个月结束。

欧空局TGO项目科学家哈肯·斯韦达姆说，该小组下个月可以真正了解该仪器的灵敏度。帕特尔说，下一步是验证仪器的灵敏度是否如预期的那样高。TGO被设计用来检测低至1ppb的痕量气体浓度和低至0.02ppb的甲烷浓度。当然，灵敏度最终取决于温度和火星大气中的尘埃水平等因素。

对球队来说，这将是一个紧张的时刻。欧空局计划在2020年前完成TGO科学任务，然后它将成为火星探测车在2021年到达火星的中继站。

在任务的最初几个月，科学小组希望绘制火星上甲烷含量的地图，并为研究人员提供他们想要的线索。它应该能够对持续了十多年的争论给出答案。

(北京，4月24日，《科技日报》)