火星上探測到高濃度甲烷，祝融號能否揭開來源之謎？-全球訊息

甲烷

火星上的甲烷一直是謎一樣的存在，在光臨過火星的各種探測器中，有些能發(fā)現(xiàn)他們的存在，而有些就不能。而甲烷，常常是厭氧微生物存在的間接證據(jù)。這種氣體在地球上有另一個詞“沼氣”。

(相關(guān)資料圖)

在火星探測到甲烷的報告吸引了科學(xué)家和非科學(xué)家的注意。在地球上，大量的甲烷是由幫助大多數(shù)牲畜消化植物的微生物產(chǎn)生的。這個消化過程以牲畜呼氣或向空氣中打嗝結(jié)束。

雖然火星上沒有牛、綿羊或山羊，但在那里發(fā)現(xiàn)甲烷令人興奮，因為這可能意味著微生物曾經(jīng)或現(xiàn)在生活在這顆紅色星球上。然而，甲烷可能與微生物或任何其他生物學(xué)無關(guān)。涉及巖石、水和熱相互作用的地質(zhì)過程也可以產(chǎn)生它。

在確定火星上甲烷的來源之前，科學(xué)家們必須解決一個一直困擾著他們的問題：為什么有些儀器可以檢測到氣體而有些則不能？例如，美國宇航局的好奇號火星車多次在蓋爾隕石坑表面上方探測到甲烷。但是 ESA（歐洲航天局）的 ExoMars 微量氣體軌道飛行器沒有在火星大氣中檢測到任何更高的甲烷。

“當(dāng)微量氣體軌道飛行器于 2016 年加入時，我完全期待軌道飛行器團隊報告火星上到處都有少量甲烷，”樣本中可調(diào)諧激光光譜儀 (TLS) 儀器的負(fù)責(zé)人克里斯韋伯斯特說好奇號火星車上火星 (SAM) 化學(xué)實驗室的分析。

TLS 測得的蓋爾隕石坑中甲烷的平均體積不到十億分之一。這相當(dāng)于在奧林匹克規(guī)模的游泳池中稀釋一撮鹽。這些測量結(jié)果因體積高達(dá) 20 ppb 的令人困惑的尖峰而被打斷。

“但是當(dāng)歐洲團隊宣布它沒有看到甲烷時，我絕對感到震驚，”在南加州美國宇航局噴氣推進實驗室工作的韋伯斯特說。

歐洲軌道飛行器旨在成為測量整個地球上甲烷和其他氣體的黃金標(biāo)準(zhǔn)。同時，好奇號的 TLS 非常精確，它將被用于國際空間站的早期火災(zāi)探測和跟蹤宇航員服中的氧氣水平。它還被許可用于發(fā)電廠、輸油管道和戰(zhàn)斗機，飛行員可以在這些地方監(jiān)測面罩中的氧氣和二氧化碳水平。盡管如此，韋伯斯特和 SAM 團隊對歐洲軌道飛行器的發(fā)現(xiàn)感到震驚，并立即著手仔細(xì)檢查火星上的 TLS 測量結(jié)果。

火星甲烷來自哪里？

好奇號火星車自 2012 年以來一直在火星表面，盡職盡責(zé)地進行研究——它的任務(wù)最初計劃只進行兩年，但盡管磨損和不斷存在的火星塵埃，這個小型火星車仍在繼續(xù)運行。早在 2013 年，好奇號發(fā)送的讀數(shù)表明它發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的甲烷，一天后，軌道飛行器確認(rèn)了讀數(shù)。有趣的是，一個名為“微量氣體軌道器”的歐洲太空探測器在 2016 年研究了火星的同一部分，但沒有發(fā)現(xiàn)任何甲烷的蹤跡。

在火星上發(fā)現(xiàn)甲烷也很有趣，因為已知這種氣體在暴露于陽光和其他化學(xué)反應(yīng)時會分解——因此，在火星表面發(fā)現(xiàn)的任何甲烷都必須在幾個世紀(jì)內(nèi)相對較新。但《紐約時報》也指出，很久以前的地質(zhì)過程可能會產(chǎn)生一定量的甲烷，然后它被困在地表下——它現(xiàn)在出現(xiàn)在地表是緩慢泄漏的結(jié)果。

Moores 和其他好奇號團隊成員在 Gale Crater 研究風(fēng)模式，假設(shè)甲烷測量值之間的差異歸結(jié)為一天中的時間。因為它需要大量電力，所以 TLS 主要在夜間運行，而其他好奇號儀器都沒有工作。摩爾斯指出，火星的大氣在夜間很平靜，因此從地面滲出的甲烷會在好奇號可以探測到的地表附近積聚。

另一方面，微量氣體軌道飛行器需要陽光來確定地表上方約 3 英里或 5 公里處的甲烷?！靶行潜砻娓浇娜魏未髿鈱釉诎滋於紩?jīng)歷一個循環(huán)，”摩爾斯說。隨著暖空氣上升和冷空氣下沉，來自太陽的熱量攪動大氣。因此，夜間封閉在地表附近的甲烷在白天混合到更廣闊的大氣中，將其稀釋到無法檢測到的水平?！八晕乙庾R到?jīng)]有任何儀器，尤其是繞軌道運行的儀器，會看到任何東西，”摩爾斯說。

來自火星車本身？

一些專家認(rèn)為，火星車本身正在釋放氣體?！八晕覀冄芯苛伺c漫游車指向、地面、巖石破碎、車輪退化的相關(guān)性——你能想到的，”韋伯斯特說?！拔也荒芸浯髨F隊為檢查每一個小細(xì)節(jié)所做的努力，以確保這些測量是正確的，而且確實如此?！?/p>

韋伯斯特和他的團隊今天在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上報告了他們的結(jié)果。

在 SAM 團隊努力確認(rèn)其甲烷檢測結(jié)果時，好奇號科學(xué)團隊的另一名成員、來自多倫多約克大學(xué)的行星科學(xué)家 John E. Moores 在 2019 年發(fā)表了一項有趣的預(yù)測。考慮到這一點，就我提出的問題而言："如果好奇號和微量氣體軌道器都是正確的怎么辦？"”摩爾斯說。

立即，好奇號團隊決定通過收集第一批高精度白天測量來測試摩爾斯的預(yù)測。TLS 在火星的一天中連續(xù)測量甲烷，將夜間測量與白天測量括起來。在每次實驗中，SAM 吸入火星空氣兩個小時，不斷去除二氧化碳，二氧化碳占地球大氣的 95%。這留下了一個濃縮的甲烷樣本，TLS 可以通過多次使紅外激光束通過它來輕松測量，該樣本經(jīng)過調(diào)整以使用被甲烷吸收的精確波長的光。

“約翰預(yù)測甲烷在白天應(yīng)該有效地降到零，我們的兩次白天測量證實了這一點，”SAM 的首席研究員保羅馬哈菲說，他在馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心工作。TLS 的夜間測量完全符合團隊已經(jīng)建立的平均值?！八赃@是消除這種巨大差異的一種方式，”馬哈菲說。

雖然這項研究表明蓋爾隕石坑表面的甲烷濃度全天都在上升和下降，但科學(xué)家們尚未解決火星上的全球甲烷難題。甲烷是一種穩(wěn)定的分子，預(yù)計在被太陽輻射分解之前會在火星上持續(xù)大約 300 年。如果甲烷不斷從所有類似的隕石坑中滲出，科學(xué)家們懷疑這很可能是因為蓋爾在地質(zhì)上似乎并不是獨一無二的，那么它應(yīng)該已經(jīng)在大氣中積累了足夠多的氣體供微量氣體軌道飛行器檢測到?？茖W(xué)家懷疑，在不到 300 年的時間里，某種東西正在摧毀甲烷。

正在進行實驗以測試由火星大氣中的塵埃引起的非常低水平的放電是否會破壞甲烷，或者火星表面的大量氧氣是否會在甲烷到達(dá)高層大氣之前迅速將其破壞。

“我們需要確定是否存在比正常情況更快的破壞機制，以完全協(xié)調(diào)來自漫游車和軌道飛行器的數(shù)據(jù)集，”韋伯斯特說。

隨著祝融號登錄火星，甲烷之謎應(yīng)該快要解開了

梵觀點：火星或許曾經(jīng)短暫地有過生命，亦或許現(xiàn)在也還有。

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