火星气体甲烷随季节呈现神秘变化

在为期五年的火星之旅中，好奇号探测器反复嗅着空气中的甲烷。

资料来源:美国航天局/JPL-加州理工学院/MSSS

从牧场到沼泽，地球上的甲烷排放是生命的副产品。那么，这些气体在贫瘠的火星上做什么？甲烷的追踪和探测以及对其更高峰值的观察引发了对火星上甲烷“生物-非生物”来源的激烈讨论。在美国地球物理联合会最近在路易斯安那州新奥尔良召开的会议上，美国宇航局的科学家宣布了探索中的一个新转折:火星上甲烷浓度的季节性周期性变化，通常在北半球夏末达到峰值。

"令人震惊的是这里发生的巨大变化。"克里斯·韦伯斯特是美国宇航局“好奇号”探测车甲烷传感器项目的负责人，他说。"我们剩下要想象的是如何实现这种季节性变化。"在加州帕萨迪纳喷气推进实验室工作的韦伯斯特说。

这是一个非常模糊的主题变化。自从2012年登陆火星以来，“好奇号”已经在火星的夜晚反复打开一些阀门30次，呼吸那里稀薄而寒冷的空气。在一个小镜子房间里，好奇号向空气样本发射激光，以测量特定波长下的吸收率，表明甲烷的存在。在这次会议上，韦伯斯特报告了甲烷气体的潜在背景水平:0.4ppb(十亿分之一)，而地球上甲烷的背景水平是1800ppb。

这些甲烷气体来自哪里是这个谜的核心。微生物(包括生活在牛羊肠道中的微生物)是地球上绝大多数甲烷的创造者，火星上的甲烷也可能来自微生物——要么是当代微生物，要么是古代微生物，它们的甲烷储存在火星表面下。但是甲烷也可能与生物学无关。与地下橄榄石的热液反应也能产生甲烷。此外，紫外线穿过含碳的流星和尘埃(从太空行星落到火星上)产生的反应也能产生甲烷。

现在好奇号为甲烷之谜增加了季节性变化，在火星两年多的时间里，甲烷水平周期性地在0.3 ppb到0.7 ppb之间变化。法国巴黎动力气象学实验室的火星气候模拟专家弗朗索瓦·莱格说，这颗主要由二氧化碳组成的恒星上的大气可能是季节性的。在南半球的冬天，一些二氧化碳将被冻结在南极冰盖上，使整个大气层变薄。忘记说，这增加了残余甲烷的浓度，因为甲烷不会冻结。在北半球的夏天，含有更多甲烷的空气将向北到达好奇号。如果星际尘埃是主要来源，沙尘暴和紫外线水平的季节性变化也可能影响甲烷浓度。

但是韦伯斯特在会上说，季节性信号大约是这些机制所能解释的三倍。他说，不管甲烷的来源如何，根据温度条件，甲烷可能会以一定的比例被吸收到火星表面的岩石孔隙中，然后释放出来。马里兰州戈达德太空飞行中心的行星科学家迈克·芒马说:“没人提到它，但每个人都想过它。”另一种解释是生命的活动。"人们认为生活是季节性的。"

这种季节性波动是大难题中的一个小难题:偶尔出现的甲烷峰值比背景高一两个数量级。Mumma和他的同事报道了2009年的甲烷峰值，当时他们通过夏威夷的望远镜探测到的光谱信号显示甲烷流量为45ppb。好奇号还探测到一些峰值，包括大约7ppb。对于这些事件，韦伯斯特同意甲烷是从深层意外释放的观点。

其他科学家正在观察太空。德克萨斯州约翰逊航天中心宇宙尘埃主任马克·弗里斯说，甲烷峰值的来源可能是一颗坠落的流星炸弹——这颗行星在彗星通过轨道时，会扫过富含碳的尘埃和碎片。然而，怀疑论者认为大气反应可能不会发生得这么快，流星雨不会带来比星际尘埃背景通量更多的物质。

然而，弗里斯将很快有机会检验它的假设。今年1月24日，火星将超过彗星C/2007 H2斯基夫，这还不到地月距离的十分之一。妈妈对弗里斯的观点表示怀疑。在飞越之后的几天里，他将使用夏威夷望远镜观察火星甲烷。好奇号团队和美国宇航局的火星大气和挥发性进化任务(MAVEN)团队也计划加入观察。"这是检验这一理论的好时机。"科罗拉多大学大气和空间物理实验室的MAVEN团队成员和博士后研究员马特奥·克瑞斯马尼说。

目前，一个探测器在解决甲烷争端方面具有最佳的总体定位，但它还不准备参与其中。今年4月，欧空局的外部火星示踪气体探测器(TGO)将进入其最终轨道，并开始科学观测，以绘制火星上甲烷浓度的地图。戈达德太空飞行中心的Geronimo Villanueva是该小组的成员之一，他说大气尘埃可能会阻止轨道飞行器达到最初预测的几十万亿的灵敏度。但是他希望TGO能接近好奇号的灵敏度，它在空间和时间上搜寻甲烷的能力将是无与伦比的。" TGO将为人们寻找甲烷分子提供一双新的眼睛。"他说。(晋南编)

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