火星探测器有望破解甲烷之谜

TGO正在测量火星大气中的少量气体。资料来源:欧空局/atgmedilab

一年多来，一个3.5吨重的探测器一直在围绕火星运行。现在，经过1000次循环后，示踪气体轨道器(TGO)已经到达研究地球大气的理想位置，并进行了第一次科学观测。它正准备解决火星科学中最有争议的谜团之一:为什么这颗红色星球会释放甲烷气体作为生命的可能迹象。

TGO是火星快车项目的一部分，这是欧洲航天局(欧空局)和俄罗斯航天局之间的一个合作项目。该卫星于2016年3月发射，同年10月到达火星轨道。这是第一艘专门设计用于研究火星气体的宇宙飞船，火星气体占地球寒冷干燥大气的不到1%，其中包括甲烷、水蒸气和臭氧。

TGO在本月早些时候到达了计划中的圆形轨道，并在4月21日开始收集科学数据之前进行了一系列工程测试。

火星大气几乎完全由二氧化碳组成，但是研究人员对它的其他成分特别感兴趣——尤其是甲烷。这些微量气体可能是生物或地质活动的信号，它们为研究火星的气候历史提供了线索。

15年来，科学家们一直使用地面望远镜、火星轨道器和美国宇航局的好奇号探测器来捕捉火星大气中的甲烷线索。随着越来越多的证据积累，关于火星上甲烷来源的争论也在加剧。

“地球大气层中近95%的甲烷来自现在和过去的生物过程。”安娜堡密歇根大学的行星科学家苏希尔·阿特里亚说，“因此，我们自然会问火星上的甲烷是否有生物起源。”

火星上这种气体的存在让研究人员感到惊讶，因为火星大气中的化学反应可以在几个世纪内摧毁那里的任何甲烷分子。可测量的甲烷浓度意味着必须有一个活跃的来源来补充这种气体。

如今，好奇号探测器通常能探测到火星大气中0.5磅(十亿分之一)的甲烷水平。相比之下，地球上的甲烷含量约为1875ppb。然而，阿特里亚说，火星上的甲烷浓度随时间而变化。观测结果还表明，火星上有大量浓度为45ppb的甲烷羽流，好奇号探测车也发现了浓度约为7ppb的甲烷，但很快就消散了。

“我们认为甲烷不会出现在火星上。除非有活跃的来源和活跃的库存，否则这种气体的浓度不应改变。”帕萨迪纳加州理工学院的行星科学家Bethany Ehlmann说。

研究人员已经提出了几种可能的甲烷来源。这些峰值可能来自岩石和水之间的地下化学反应，富含碳的陨石进入火星大气，或者火星表面下甲烷气体的突然释放。最令人兴奋的是，这些山峰可能有生物起源。“这真是一个谜。”埃尔曼说。

TGO携带四种主要的科学仪器。他们将收集数据，绘制一张有微量气体的火星地图，并以前所未有的细节展示它们的存在在这颗红色星球上是如何随时间变化的。

英国米尔顿·凯因斯开放大学的行星科学家马尼什·帕特尔是TGO研究小组的成员，他希望TGO能够在最初的几个月里绘制出甲烷水平的地图，并开始提供研究人员想要的线索。他说:“关于这一切的争论已经持续了十多年，它应该能够回答这个问题。”

据悉，火星快车项目的首个火星探测项目——TGO，主要负责拍摄火星照片，分析其大气成分，协助地面分析火星土壤表层的水和冰含量，验证一些火星着陆技术的可行性，并为下一阶段的俄欧火星着陆调查收集数据。当探索火星大气时，专家们将集中精力在火星大气中寻找甲烷和其他气体，这些气体可能表明微生物的存在。

计划于2020年发射的俄罗斯-欧洲火星着陆器将配备先进的电子设备、火箭推进、制导雷达和降落伞。该着陆器将验证俄罗斯-欧洲航天共同体在火星上实现软着陆的技术能力，并将测量火星表面的大气粒子、风速和温度。

在正常情况下，登陆车内的漫游者将会踏上火星表面。该车的桅杆式“颈部”装有矿物分析仪，车体前部装有下挖取样分析装置。机器人上的中子探测器将在旅程中检查火星表面以下两米内与水冰含量相关的反射中子，以帮助专家绘制沿途的水冰分布图。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2018-04-26第二版国际版)