“好奇号”漫游车发现火星地表存有令科学家困惑不已的甲烷成分
美国国家航空航天局（NASA）好奇号火星车最令人惊讶的发现让科学家们挠头不已：盖尔陨石坑表面正在渗出甲烷，而生物产生了地球上大部分的甲烷。但科学家们还没有在火星上发现令人信服的当前或远古生命迹象，因此也从没指望能在那里找到甲烷。
然而，"好奇号"上的便携式化学实验室（即"SAM"或"火星样本分析"）不断在盖尔陨石坑表面附近嗅出甲烷气体的踪迹，这是迄今为止火星表面唯一检测到甲烷的地方。科学家认为，甲烷的来源可能是地下深处的水和岩石的地质机制。
南美洲阿尔蒂普拉诺地区的基斯基罗盐滩上布满了卤水湖，它代表了科学家们认为火星盖尔陨石坑可能存在过的那种地貌，美国宇航局的好奇号漫游车正在探索火星盖尔陨石坑。图片来源：Maksym Bocharov
如果这就是故事的全部，那事情就简单多了。然而，萨姆发现，甲烷在盖尔陨石坑的表现出人意料。它晚上出现，白天消失。它随季节波动，有时会飙升到比平时高 40 倍的水平。令人惊讶的是，甲烷并没有在大气中积聚：欧洲航天局（ESA）的ExoMars痕量气体轨道器被派往火星专门研究大气中的气体，但它没有探测到甲烷。
为什么有些科学仪器能探测到红色星球上的甲烷，而有些却探测不到？
美国宇航局南加州喷气推进实验室的好奇号项目科学家阿什温-瓦萨瓦达（Ashwin Vasavada）说："这是一个情节曲折的故事。"
甲烷让火星科学家们忙于实验室工作和计算机建模项目，这些项目旨在解释为什么这种气体表现奇怪，而且只在盖尔陨石坑被探测到。美国国家航空航天局（NASA）的一个研究小组最近分享了一项有趣的提议。
这是一个模拟火星岩石样本，是由碎石和尘埃组成的"土壤"。这是科学家们用火星上普遍存在的一种叫做高氯酸盐的盐注入的五个样本中的一个。他们在马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的火星模拟舱中，将每个样本暴露在类似火星的条件下。上图样本中的脆性团块表明，由于盐的浓度太低，该样本中没有形成盐封。资料来源：美国国家航空航天局/亚历山大-帕夫洛夫
《地球物理研究杂志》（Journal of Geophysical Research：该研究小组认为，无论是如何产生的甲烷--都可能被封存在火星碎石（由碎石和尘土构成的"土壤"）中可能形成的凝固盐下。当气温在温暖的季节或白天升高时，密封性减弱，甲烷就会渗出。
在位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家亚历山大-帕夫洛夫的领导下，研究人员认为，当密封件在压力下裂开时，例如，一辆小型越野车大小的漫游车驶过密封件时，气体也会喷涌而出。帕夫洛夫说，考虑到盖尔陨坑是火星上两个有机器人在地表漫游和钻探的地方之一，研究小组的假设可能有助于解释为什么只在盖尔陨坑检测到甲烷。(另一个是杰泽罗陨石坑，美国宇航局的毅力号漫游车正在那里工作，不过该漫游车没有甲烷探测仪器）。
这是从火星模拟舱中取出的另一个模拟火星"土壤"样本。表面被一层坚固的盐壳密封。亚历山大-帕夫洛夫和他的团队发现，样品在类似火星的条件下放置 3 到 13 天后，只有当高氯酸盐浓度达到 5%到 10%时，才会形成这样的分层。样本中央用金属镐划过的地方颜色较浅。浅色表明表层下的土壤更干燥，样本从模拟舱中取出后，表层立即吸收了空气中的水分，变成了棕色。资料来源：美国国家航空航天局/亚历山大-帕夫洛夫
帕夫洛夫将这一假设的起源追溯到他在2017年领导的一项与此无关的实验，该实验涉及在注入盐分的模拟火星永久冻土（冻土）中培育微生物，而火星永久冻土的大部分都是盐分。他的同事们测试了生活在咸水湖和地球上其他富盐环境中的被称为嗜卤菌的细菌是否能在火星上类似的条件下茁壮成长。
微生物生长的结果并不确定，但研究人员注意到了一些意想不到的现象：土壤表层形成了一层盐壳，因为含盐的冰升华了，从固态变成了气态，并留下了盐。
帕夫洛夫说："我们当时并没有多想。"但他想起了 2019 年的土壤结壳，当时萨姆的可调激光光谱仪探测到了无人能解释的甲烷爆发。"就在那时，我的脑海中闪现出一个念头。就在那时，他和一个团队开始测试能够形成和破解硬化盐封的条件。"
好奇号旨在回答这个问题：火星是否曾经有过适宜的环境条件来支持被称为微生物的小生命形式？在执行任务的早期，好奇号的科学工具发现了火星上过去宜居环境的化学和矿物证据。它将继续探索火星可能是微生物生命家园时期的岩石记录。资料来源：美国国家航空航天局
帕夫洛夫的研究小组测试了五份永久冻土样本，其中注入了不同浓度的高氯酸盐，这种盐在火星上广泛存在。(今天的盖尔陨石坑可能没有永久冻土，但这些封印可能是很久以前盖尔陨石坑更冷更冰的时候形成的）。科学家们在美国宇航局戈达德分部的火星模拟舱内将每个样本暴露在不同的温度和气压下。
团队定期向土壤样本下方注入甲烷类似物氖，并测量其下方和上方的气体压力。样本下方的压力越高，说明气体被困住了。最终，在类似火星的条件下，只有在高氯酸盐浓度为 5%至 10%的样本中，才会在 3 至 13 天内形成密封。
这比好奇号在盖尔陨石坑测量到的盐浓度要高得多。但那里的碎屑岩富含一种不同类型的盐矿物--硫酸盐，帕夫洛夫团队接下来要测试的是硫酸盐，看看它们是否也能形成封印。
提高我们对火星上甲烷生成和破坏过程的了解是2022 年 NASA 行星任务高级审查提出的一项关键建议，而像帕夫洛夫这样的理论工作对这项工作至关重要。不过，科学家们表示，他们还需要更加一致的甲烷测量结果。
SAM 每年只嗅探甲烷几次，因为它的主要工作是从地表钻取样本并分析其化学成分。
戈达德的查尔斯-马莱斯平（Charles Malespin）是 SAM 的首席研究员，他说："甲烷实验是资源密集型的，因此我们在决定进行实验时必须非常有策略。"
然而，科学家们说，举例来说，要测试甲烷水平飙升的频率，就需要新一代的地表仪器，从火星上的许多地方持续测量甲烷。
瓦萨瓦达说："甲烷方面的一些工作必须留给未来的地表航天器去做，它们更专注于回答这些具体问题。"
编译来源：ScitechDaily
