作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/1/17 16:06:16
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火星气体甲烷随季节呈现神秘变化
科学家期待几年4月探测火星甲烷新机遇

 

在其5年的火星之旅中,好奇号漫游者曾反复细嗅空气寻找甲烷气体。  

图片来源:NASA/JPL-CALTECH/MSSS

从牧场到沼泽,地球上的甲烷排放是生命的副产物。那么,这些气体在贫瘠的火星上做什么呢?对甲烷的跟踪探测以及对其更高峰值的观察,已经点燃对火星甲烷“生物—非生物”来源的激烈讨论。在日前于路易斯安那州新奥尔良举行的美国地球物理联合会的一次会议上,美国宇航局(NASA)科学家宣布了相关探测中的一个新转折:火星甲烷浓度存在季节性周期变化,这种气体经常在北半球夏季末时达到峰值。

“令人震惊的是这里存在的巨大变化。”带领NASA好奇号漫游者甲烷感应仪器项目的Chris Webster说。“留给我们想象的地方是,如何才能达到这种季节性的变化。”在加州帕萨迪纳喷气推进实验室工作的Webster说。

它是一个非常模糊的主题变化。自2012年登陆火星以来,好奇号已经反复30次在火星夜间打开一些阀门,呼吸那里稀薄、寒冷的空气。在一个小镜像室内,好奇号向空气样本发射激光,以测量指示存在甲烷的特定波长的吸收率。在此次会议上,Webster汇报了难以觉察到的甲烷气体的小背景水平:0.4ppb(十亿分之几),而地球上的甲烷背景水平为1800ppb。

这些甲烷气体来自哪里是谜团的核心。微生物(包括那些生活在牛羊肠道内的微生物)是地球绝大多数甲烷的缔造者,火星上的甲烷或许也来自微生物——或是当代的微生物,抑或是古微生物,它们生成的甲烷被储藏在火星地表下。但这些甲烷也可能与生物毫无关系。与地下橄榄石的水热反应也能生成甲烷,此外,由紫外线穿过含碳的流星和尘埃(从太空行星不断降落到火星)产生的反应也能生成甲烷。

现在,好奇号又给这个甲烷的谜团加入了季节性变化,其甲烷水平在两年多的火星年中在0.3 ppb和0.7 ppb之间呈现周期性变化。法国巴黎动力气象学实验室火星气候建模专家François Forget说,在这个主要由二氧化碳构成的星星上,大气可能存在季节性。在南半球冬季,一些二氧化碳会被冻结在南极的大冰冠上,使整个大气层变得稀薄。Forget说,这提高了残留甲烷的浓度,因为甲烷不会结冰;在北半球夏季,含有更多甲烷的空气会向北到达好奇号的位置。尘暴以及紫外线水平的季节性变化可能也会影响甲烷的浓度,如果星际尘埃是其主要来源的话。

但Webster在会议上说,季节性信号约相当于那些机制可以解释的3倍。他说,无论其来源是哪里,甲烷可能根据温度条件以一定比例被吸收进火星表面岩石的空隙中,然后又被释放出来。“没有人提到过,但所有人都想到过的”另一个解释是生命活动,马里兰州戈达德太空飞行中心行星科学家Mike Mumma说,“人们会认为生命是季节性的。”

这种季节性的摆动是大谜题中的小谜题:偶尔出现的甲烷峰值比背景高出一到两个数量级。Mumma和同事在2009年报告过一次甲烷峰值,当时他们通过夏威夷的一个望远镜探测到的光谱迹象显示了45ppb的甲烷流。好奇号也探测到了一些峰值,包括约7ppb。对于这些事件,Webster比较赞同从地面深处偶然释放甲烷的观点。

其他科学家则在观察太空。得克萨斯州约翰逊太空中心宇宙尘埃馆长Marc Fries说,甲烷峰值的来源可能是因为掉落的小流星弹—— 一颗行星穿过彗星的轨道时,会扫过彗星上富含碳的尘埃和碎片。但怀疑人士认为,大气反应可能不会发生得那么快,而且流星雨带来的物质不会比星际尘埃的背景通量多多少。

不过,Fries即将迎来验证其假想的一个机会。今年1月24日,火星与彗星C/2007 H2 Skiff将擦肩而过,这一距离将小于地—月距离的十分之一。Mumma对Fries的观点持怀疑态度,他将在此次飞掠事件过后的几天里用夏威夷望远镜观察火星甲烷。好奇号团队和NASA火星大气和挥发性进化任务(MAVEN)团队也打算加入此次观察。“这是检验这一理论的一个良好时机。”MAVEN团队成员、科罗拉罗大学大气和空间物理实验室博士后Matteo Crismani说。

目前,有一个探测器在解决甲烷争议方面的总体定位最好,但它尚未准备好参与其中。今年4月,欧空局的外火星微量气体探测器(TGO)将进入最终轨道,开始科学观察,绘制火星甲烷浓度。该团队成员、戈达德太空飞行中心的Geronimo Villanueva说,大气尘埃可能会阻止该轨道飞行器达到其最初预告的万亿分之几十的灵敏度。但他希望TGO能够接近好奇号的灵敏度,而它在空间和时间上寻找甲烷的能力将是无与伦比的。“TGO将会给人们寻找甲烷分子提供一双新的眼睛。”他说。(晋楠编译)

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