火星上是否存在甲烷？_风闻

原创：牧夫天文

翻译：陈艳玲

校译：华子乾 陆寅枫 田程偲 汪荣鑫

编排：陶邦惠

原文链接：https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/new-study-confirms-methane-mars-not-definitive/

By: Javier Barbuzano | April 1, 2019

摘要：

好奇号火星车和火星快车轨道器分别对火星大气的独立探测。

火星快车的艺术想象图 | ESA

火星大气中存在甲烷吗？

行星学家在过去的二十几年内一直致力于解答这个问题，但是仍然没得到一个确切的答案。好几个探测器已经分别独立地对火星做了探测，比如NASA的好奇号火星车、欧空局的火星快车轨道器、以及几个地基望远镜，但是这些探测器得到探测结果的可靠性仍存争议。

现在，搭载在火星快车上的行星傅里叶光谱仪（Planetary Fourier Spectrometer, PFS）在盖尔陨石坑（Gale Crater）上空拍摄到了甲烷存在的证据，这恰好是在好奇号火星车宣布发现甲烷标记的不久之后。

在2013年6月16日，PFS设备观察到甲烷占总气体体积的十亿分之15.5（15.5ppbv），而在2013年6月15日，好奇号探测到甲烷含量为5.78ppbv。PFS团队也进行了大气模拟和地形分析以跟踪甲烷辐射的起源。科学家指出在盖尔陨石坑附近的断层区域可能存在甲烷源。

如果能确认甲烷的存在，将会带来巨大的科学意义。因为甲烷可以与生命存在或地质活动联系在一起。

在地球上，有一种叫做甲烷菌的厌氧菌，常见生存于潮湿的土壤或牛的肠胃中，地球大气中95%的甲烷是由它制造的。地质活动也可以向地球大气中释放甲烷气体，例如，辉石和水反应可以生成甲烷。由于辉石在火星上也同样存在，火星的甲烷也有可能是由和地球类似的地质活动产生的。又因为火星以前存在液态水，火星的气体也可能孕育单细胞水生藻类，藻类产生的甲烷被埋在地下或冰层下。

好奇号火星车也探测到了甲烷的标记，这个发现被火星快车号证实 | NASA/JPL/Caltech/MSSS

意大利国家天体物理中心的Marco

Giuranna是PFS仪器的主要研究员，他说每十亿体积之十五尽管看上去是个小数目，但对火星来说很多。科学家估计这项调查覆盖的区域约有49000平方千米，因此这片区域中包含39到54吨的甲烷。作为对比，地球大气现在含有约每十亿体积之1800份的甲烷，工业革命开始之前地球大气中的甲烷含量约是现在的一半。

好奇号和火星快车在同一片区域探测到甲烷很可能是个巧合。Giuranna决定在2012年12月到2014年7月间，正好是好奇号着陆后一段时间，在盖尔陨石坑上空探测那里的火星大气。这个决定给了他一个绝佳的测试PFS点跟踪功能的机会，即将光学设备对准火星表面的某特征并进行跟踪，在几分钟的周期内获得几百条光谱。点跟踪功能非常适合用于寻找甲烷。

甲烷究竟是否存在？

可能看到这里的你会认为，上述证据已经足以证明火星上甲烷的存在。但是事实远非这么简单，还有一些强力的证据证明甲烷可能并不存在。

火星痕量气体轨道器 | ESA

新的数据来自于欧空局的火星痕量气体轨道器（Exomars Trace Gas Orbiter, TGO），TGO于2018年4月正式开始科学探测。TGO搭载有两个光谱仪——垂直探测掩星三通道光谱仪（Nadir and Occultation for MArs Discovery, NOMAD）和彩色立体表面成像系统（Colour and Stereo Surface Imaging System, CASSIS）用于测量火星大气中的痕量气体。

NOMAD可以探测每万亿分之五十的甲烷，比PFS敏感100倍。但是至今为止NOMAD和其他TGO仪器并没有探测出任何甲烷。团队在美国地球物理协会的会议上公布了这一结果，并将撰写关于TGO所有发现的论文。

那么问题又来了。既然最先进的仪器都没能检测出甲烷的存在，好奇号和火星快车是如何检测出来的呢？

其中一种可能的解释是甲烷在火星大气中不是永久存在的。一些科学家认为甲烷可能被困在地下，只有在特定地质活动时才会出来到火星表面，比如多年冻土可能阻止甲烷逃逸到表面，如果地质活动或其他条件扰动了这一层，被困在地下的甲烷可能会逃逸在火星大气中，只在短暂的时间存在。

这个情况对于火星快车和好奇号总是同时检测到甲烷是说的通的，当火星快车没有探测到任何甲烷的时候，恰好是好奇号报告甲烷量较低的时候。

有很多方式可以合成或带走火星大气中的甲烷。尽管微生物是最有可能的，其他水与矿物的反应，或者太阳紫外线辐射分解火星表面的微陨石尘土也可能产生甲烷 | NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan

但是这个解释并不完备：就算甲烷在短时间内被释放，现有模型推测它们应该在逃逸到太空或被分解之前继续在火星的大气维持300年左右。因此TGO应该还可以探测到甲烷，因此科学家需要提出能使火星上的甲烷挥发更快的机制。

火星上的甲烷看上去出现和消失的都很快，暗示可能存在一个破坏甲烷的机制能够很快地将甲烷清出火星大气。科学家已经提出了几种假说，然而这些假说仍不成熟。

Webster认为仍需要更多观测。确认甲烷的存在可以来自任何探测甲烷的仪器。未来可以通过PFS，TGO和好奇号的联合观测得到更多观测数据。

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