作者:Christopher Webster 来源:《科学》 发布时间:2014/12/25 16:07:43
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“好奇”号发现火星神秘甲烷排放

“好奇”号工作照 NASA


“好奇”号在火星上的钻孔 NASA


可能的甲烷排放源和沉降示意图
NASA

 

火星上有生命吗?这颗红色星球的风里可能飘荡着答案。

在稀薄冰冷的火星大气中,美国“好奇”号火星车探测到了波动的甲烷痕迹,而甲烷通常被认为是生命存在的一种迹象。北京时间12月17日,研究团队在美国地球物理联合会上宣布了这一发现。

爬过火星表面进入“盖尔陨石坑”中的“好奇”号,慢慢地爬到了一块叫做“夏普山”的沉积岩石顶端。在那里,甲烷以略少于十亿分之一(1ppb)大气容量的背景浓度存在。美国国家航空航天局(NASA)发布的最新消息称,“好奇”号样本分析仪在20个月的时间里测量了火星大气12次,然而由于未知原因,几次峰值甲烷排放浓度的平均值,竟是背景浓度的10倍左右。

研究者称,在原地对甲烷排放的进一步研究将会帮助我们确定,甲烷气体是现在还是久远以前存在的生命排放的,尽管还不清楚这些研究什么时候进行以及能否顺利进行。此次发现的成果发表在最新一期的《科学》杂志上。

甲烷浓度背景值与一年前探测结果迥异

“很多地球上的甲烷气体产自生物,我们一直希望‘火星上的甲烷’能简化为‘火星上的生命’。” NASA喷气推进器实验室高级研究员、论文第一作者克里斯·韦伯斯特说,“但是我们还没有识别出,这个高浓度甲烷究竟是地球化学成分的排放物,还是由火星生物产生的。”韦伯斯特和他的团队指出,这股意外的甲烷喷发是在火星车北面某个很近的地方产生的。

这一发现对于“好奇”号一年前发布的探测结果来说是一个令人激动的逆转。一年前的结果是在搜集了超过1/3火星年的数据基础上总结出来的,但是排除了火星大气中有大量甲烷气体存在的可能性。 那个“没有价值”的结果现在被澄清了,是由于火星甲烷的实际背景浓度低于“好奇号”携带的探测设备标准操作检测能力的最低值。

《科学美国人》杂志报道称,为了“嗅”出甲烷的存在,“好奇”号团队坚持长时间地艰难寻找——他们搜集了整整一个火星年的数据,不仅集合了“丰富的”火星空气样本,还去除了二氧化碳成分进而“放大”了微小的甲烷痕迹。最终,他们发现了十亿分之一大气浓度的甲烷背景浓度,也就是说,每年在火星大气中流动的大约有200吨的甲烷气体,相对而言,地球大气中每年有十亿吨甲烷循环流动。

确认甲烷排放源来自生物

尽管热水流过富含矿物岩石的时候也会产生甲烷,但绝大多数地球甲烷是从生活在低氧环境(比如不流动的水和动物肠道)中的厌氧细菌中产生的。火星上极其微弱的甲烷背景,很大程度上由紫外线照射在富含碳元素的陨石和彗星碎片以及行星间灰尘上产生的。

但是,这个机制并不能轻松地解释“好奇”号发现的甲烷气流,因为它要求近期发生的巨大陨石撞击或者“盖尔陨石坑”附近的空气爆炸,如果有这类事情发生,盘旋在火星轨道上空的探测飞船一定会发现这类迹象。

另一种可能性是,甲烷气流并非“好奇”号附近的微小概率偶然事件,也可能是远离火星车的地方发生的甲烷大量排放随风轻轻拂过导致的结果。

十多年来,很多研究团队用地球上的深空望远镜或星际探测器产生的噪音观测值进行研究,也宣称获得了火星大气中释放大量甲烷气体的迹象,且浓度从10ppb到60ppb不等。2009年,一个由NASA位于格林巴尔特的戈达德空间飞行中心资深科学家米歇尔·姆玛领导的团队宣称,巨大的甲烷卷流定期从火星地表的特定区域喷射而出。

NASA埃姆斯研究中心的另一个团队的凯文·扎诺尔则质疑这种甲烷喷射的真实性。扎诺尔说,地球大气环境的影响可能会污染姆玛团队使用天文望远镜获得的数据,而且间歇性的甲烷气流喷发需要一种几乎不可能存在的全火星范围内的巨大化学催化作用。

“好奇”号早期探测的无甲烷大气结论被广泛地视为支持此种观点的证据,因为即使存在大量催发甲烷的催化物质导致了甲烷喷发,也会在环境中留下能被轻易检测到的蛛丝马迹。

尽管姆玛在2009年宣称发现大量甲烷喷射的言论在前几年有些过气,但姆玛仍觉得远离探测器的火星某处有东西在释放大量甲烷物质。但他承认,这一观点的弱点在于,基于目前对盖尔陨石坑里面和周围风向模式的假设,并不能获得所有数据的有力支持。“我们虽然还没有搞清楚火星上甲烷的释放和持久性问题,”姆玛说,“但是在其坚硬的外壳上,这次‘好奇’号的探测结果仍然令人兴奋不已,毕竟很明确在火星上存在甲烷排放源。”

然而,这个排放源也可能是火星车自己,其部件曾经排放过少量甲烷。“火星车里面有很多甲烷,这是没有争议的。”扎诺尔在《科学》上也就本次发现写了一篇在未来会带来争议的文章,题目就是《真正的问题是——甲烷样本来自火星车还是火星?》

针对这一质疑,韦伯斯特说,“好奇”号团队反复检查所有可能污染甲烷的火星车部件指标,为了防止火星车沉重的轮子恰巧破坏了经过的富含气体的沉积物质,团队还认真分析了“好奇”号穿过地区的岩石样本。

反复核实后,他们的结论是,“好奇”号监测到的甲烷气流确实是发生在火星车目前所在位置附近某处的神秘进程的迹象。

寻找现实生命并非“好奇”号探测火星的重点

如果这个进程是生物学的,那么火星微生物可能正在地表庇护所里“打嗝”,韦伯斯特相信能够找到证据并掌握这一情况,“在地球上,细菌很懒惰且效率低下,它们将较轻碳同位素C-12中的15%转化为较重的碳同位素C-13”。如果“好奇”号足够幸运观察到另一个甲烷气流,将能根据采集到的丰富空气样本进行微调,测量其中的C-12和C-13的比率,进而区分排放源是生物的还是非生物的。当然,这需要大量的测量和更长时间丰度的空气样本。

但是,对于正在试图爬上“夏普山”陡坡的火星车来说,这样的测量将面临巨大挑战。上次“好奇”号“嗅”到甲烷气体是5个月以前了。研究人员说:“我们会继续监测甲烷,但是很不幸这些实验非常耗费能源,要知道‘好奇’号还有很多地质学考察任务需要用到这些能源。”

“好奇”号本来打算的任务是研究火星古代生命的迹象,并非现今生命的迹象。加大力度寻找更多火星甲烷气体会直接阻碍“好奇”号完成既定目标。虽然韦伯斯特介绍说,比“好奇”号携带的甲烷探测器灵敏度高出上千倍的设备已经有了,它能轻而易举地探测出气体中潜在的生命源,但是这类设备到现在为止还没有被列入NASA和其他太空探索机构的近期太空探测计划中。

未来的任务,比如十年内欧洲发射的“外火星”轨道器和火星车,以及NASA将在2020年发射的“好奇”号的克隆版火星车,都会进行下一步有必要的探索,也会试图揭开火星甲烷排放的谜底。

在发布这一消息的同一个会议上,“好奇”号团队还展示了更多早期生命的证据——其在一块名为“坎伯兰”的火星岩石钻孔样本中发现了多种有机化合物,主要有碳、氢和氧元素组成,但具体“身份”未知,这是在火星地表物质中首次确定性地发现有机物,证明在古老时期的火星温暖而潮湿,更像地球,也更适合生命存续。

但这颗红色星球上是否现在也存在生命?即便在未来探索的速度和重点上予以倾斜,获得明确答案仍然又要等上若干年了。(来源:科技日报 房琳琳)

 
 
 
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