好奇号探测器揭开在火星表面长期寻找的有机物质面目美国宇航局的“好奇号”火星探测器于2

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美国宇航局的“好奇号”火星探测器于2018年1月在火星上拍摄了这幅自画像，盖尔陨石坑的边缘在地平线上若隐若现。

通过近6年来对一个名为盖尔的火星陨石坑的调查中,美国宇航局好奇号已经交付的最大发现追求可居住和生活的迹象:火星岩石中丰富的有机分子,和最简单的有机分子,通过分析空气稀薄的火星甲烷季节性的变化。在地球上，这种富含碳的化合物是生命的基石之一。

这两项发现都来自于好奇号在火星（SAM）仪器上的样品分析，这是一个小型化学实验室和烤箱，烘烤着空气、岩石和泥土的大量气体，以嗅出每个样本的组成分子。在探测器上的烤箱里，古代泥岩的样本产生了多样性的有机分子。在另一项研究中，SAM收集了5年的大气样本，追踪了在火星夏季达到峰值的甲烷水平。研究结果发表在周四科学杂志上的两篇论文中。

尽管这两项研究结果很诱人，但在火星上的过去或现在的生命中，这两项发现仍远未确定。甲烷在气体巨行星的大气层中无处不在。它也可能来自于流动的水和热岩之间的无生命的相互作用，而其他简单的有机分子则存在于一些陨石和星际气体云中。喷气推进实验室的化学家、甲烷研究的主要作者克里斯韦伯斯特说：“除了在火星岩石上拍下化石的照片，在那里找到生命是极其困难的。”他是喷气推进实验室的化学家，也是甲烷研究的主要作者。

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火星的失踪的碳

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火星上有有机分子并不奇怪，就像我们太阳系中的每一个行星一样，它接收到一场稳定的“降雨”，含有大量的碳元素和来自太空的尘埃。然而，当美国宇航局的孪生海盗探测器于1976年登陆火星时，他们的研究表明了一些令人吃惊的事情：火星土壤似乎比没有生命的月球岩石含有更少的碳。“这是一个巨大的惊喜，”一位天体生物学家，同时也是法国的大气、媒体、空间观察实验室（LATMOS）的“好奇号”泥石研究的合著者Caroline Freissinet说。“不幸的是，它减慢了整个火星计划。”

从那以后，科学家们一直在热切地寻找火星上缺失的碳——或者至少是对它的消失的解释。一个关键的线索出现在2008年，当时美国宇航局的凤凰号着陆器在火星北极附近的土壤样本中发现了高氯酸盐——高活性的含氯的分子。再加上高能的紫外线和来自太空的宇宙射线，高氯酸盐会破坏表面上的任何有机物质，而寻找碳的着陆器和漫游者几乎没有什么可看的。也许，一些研究人员推测，火星剩下的有机物——以及任何过去或现在的生命迹象——都被锁在了地下深处。

然而，在2015年，“好奇号”首次对火星上的有机分子进行了试探性的检测，发现在SAM的土壤样本中发现了含有氯污染的碳化合物的证据。但在探测器的任务早期，研究人员发现富含碳的化学试剂从SAM的一些成分中泄露出来，可能会污染附近的样本。为了对抗污染，“好奇号”团队专注于寻找更多含氯的有机物，并将随后的SAM跑到200至400摄氏度的温度。

在他们的新工作中，团队检查了这个限制过程可能遗漏了什么。在仔细考虑了SAM的污染背景后，Freissinet和她的同事们在超过500摄氏度的温度下烘烤了30亿年前的泥岩样品，在这个温度下，高氯酸盐应该被完全烧掉。在剩下的灰烬中，他们发现了硫代——相对较小和简单的环状分子，含有碳和硫。人们认为，后一种元素来自一种含硫丰富的矿物，叫做jarosite，之前的好奇心调查已经在盖尔陨石坑中发现了35亿年前的沉积物，当时陨石坑是温暖的，潮湿的，而且显然是适宜居住的。研究人员怀疑，这些噻苯的碳来自于尚未被发现的更大的有机分子，这些分子已经被困在了贾洛斯的内部，可能长达数十亿年。

尽管这一最新发现是拼凑在一起的，但卡内基科学研究所的地球化学家乔治科迪却没有参与这项工作，他认为这是一个令人印象深刻的进步。他说，这些较大的分子的存在，暗示着保存在火星表面之下的保存完好的碳储藏库——这一前景为未来的任务收集样本并将其带回地球提供了支持。他说：“如果你能在火星上做到这一点，想象一下你能用我们在地球上的分析设施做些什么。”

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甲烷的峰值和变化的季节

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与此同时，“好奇号”已经进行了韦伯斯特所说的“迄今为止对火星甲烷的最重要测量”。“含碳气体是很重要的，因为地球上的大多数甲烷都是由甲烷原微生物产生的，这种微生物在氧气贫乏的环境中很常见。甲烷也很快被紫外线辐射破坏，所以在火星上发现的任何气体都可能是最近才被释放出来的。通过使用SAM，韦伯斯特和他的同事们在过去的五年中，在盖尔环形山的大气中发现了一个持续存在的甲烷的背景水平，大约是每十亿分之一，这是一个难以察觉的痕迹，但足以激起天体生物学家的兴趣。引人注目的是，甲烷的浓度似乎周期性地随着火星季节的变化而上升，在阳光灿烂的夏季比在更黑暗、更寒冷的冬天要高出三倍。

这个周期性对韦伯斯特来说是他团队的最激动人心的部分。之前的研究已经发现火星上有零星的甲烷羽流，但从未发生过季节性的事件。“这就像你的车出了问题，”他说。“如果它不重复，你就不知道它是什么。”他和他的同事们推测，甲烷可能来自于火星夏季的蓄水层，释放出的水在地下深处流动，以产生新的气体。或者它可能是古老的，在数十亿年前由地质或生物过程产生，然后被困在冰和岩石的矩阵中，当被太阳加热时解冻。当然，即使在今天，火星上的产甲烷生物仍然有可能在星球的地下沉睡，在克莱门特时期周期性地醒来，产生它们的气体卡。

其他没有参与这项研究的科学家对研究发现在寻找生命中的重要性进行了褒贬不一的评价。美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体生物学家Michael Mumma认为这些测量是很重要的，并说他们为他的独立（和有争议的）火星甲烷羽的探测提供了地面上的证据，使用了地球上的望远镜。但是，在美国宇航局约翰逊航天中心负责宇宙尘埃收集工作的行星科学家马克弗里斯，持一种更为怀疑的观点。他指出，富含碳的陨石和尘埃可能会在进入火星大气时产生甲烷含量，而年复一年的周期性与火星季节的时间并不完全一致。“基于现有证据的严格方法从科学负责的默认解释开始，即火星一直都是没有生命的，”弗里斯说。“对一个假设进行检验，需要非常有力的证据。”“这样的测试可能很快就会通过欧洲和俄罗斯的ExoMars追踪气体轨道器的数据来实现。”它于2016年抵达火星，目前正在将甲烷和其他气体的浓度从较高的地方绘制出来。

韦伯斯特说，他对不同的解释没有偏好，他认为要得出最终结论还需要很长时间。Freissinet指出，这种渐进的进展是NASA火星探测计划的全部意义所在。“这是一步一步的，”她说。“这些是任务后的使命。”

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