火星上是否存在甲烷？_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陳豔玲

校譯：華子乾 陸寅楓 田程偲 汪榮鑫

編排：陶邦惠

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

By: Javier Barbuzano | April 1, 2019

摘要：

好奇號火星車和火星快車軌道器分別對火星大氣的獨立探測。

火星快車的藝術想象圖 | ESA

火星大氣中存在甲烷嗎？

行星學家在過去的二十幾年內一直致力於解答這個問題，但是仍然沒得到一個確切的答案。好幾個探測器已經分別獨立地對火星做了探測，比如NASA的好奇號火星車、歐空局的火星快車軌道器、以及幾個地基望遠鏡，但是這些探測器得到探測結果的可靠性仍存爭議。

現在，搭載在火星快車上的行星傅里葉光譜儀（Planetary Fourier Spectrometer, PFS）在蓋爾隕石坑（Gale Crater）上空拍攝到了甲烷存在的證據，這恰好是在好奇號火星車宣佈發現甲烷標記的不久之後。

在2013年6月16日，PFS設備觀察到甲烷佔總氣體體積的十億分之15.5（15.5ppbv），而在2013年6月15日，好奇號探測到甲烷含量為5.78ppbv。PFS團隊也進行了大氣模擬和地形分析以跟蹤甲烷輻射的起源。科學家指出在蓋爾隕石坑附近的斷層區域可能存在甲烷源。

如果能確認甲烷的存在，將會帶來巨大的科學意義。因為甲烷可以與生命存在或地質活動聯繫在一起。

在地球上，有一種叫做甲烷菌的厭氧菌，常見生存於潮濕的土壤或牛的腸胃中，地球大氣中95%的甲烷是由它製造的。地質活動也可以向地球大氣中釋放甲烷氣體，例如，輝石和水反應可以生成甲烷。由於輝石在火星上也同樣存在，火星的甲烷也有可能是由和地球類似的地質活動產生的。又因為火星以前存在液態水，火星的氣體也可能孕育單細胞水生藻類，藻類產生的甲烷被埋在地下或冰層下。

好奇號火星車也探測到了甲烷的標記，這個發現被火星快車號證實 | NASA/JPL/Caltech/MSSS

意大利國家天體物理中心的Marco

Giuranna是PFS儀器的主要研究員，他説每十億體積之十五儘管看上去是個小數目，但對火星來説很多。科學家估計這項調查覆蓋的區域約有49000平方千米，因此這片區域中包含39到54噸的甲烷。作為對比，地球大氣現在含有約每十億體積之1800份的甲烷，工業革命開始之前地球大氣中的甲烷含量約是現在的一半。

好奇號和火星快車在同一片區域探測到甲烷很可能是個巧合。Giuranna決定在2012年12月到2014年7月間，正好是好奇號着陸後一段時間，在蓋爾隕石坑上空探測那裏的火星大氣。這個決定給了他一個絕佳的測試PFS點跟蹤功能的機會，即將光學設備對準火星表面的某特徵並進行跟蹤，在幾分鐘的週期內獲得幾百條光譜。點跟蹤功能非常適合用於尋找甲烷。

甲烷究竟是否存在？

可能看到這裏的你會認為，上述證據已經足以證明火星上甲烷的存在。但是事實遠非這麼簡單，還有一些強力的證據證明甲烷可能並不存在。

火星痕量氣體軌道器 | ESA

新的數據來自於歐空局的火星痕量氣體軌道器（Exomars Trace Gas Orbiter, TGO），TGO於2018年4月正式開始科學探測。TGO搭載有兩個光譜儀——垂直探測掩星三通道光譜儀（Nadir and Occultation for MArs Discovery, NOMAD）和彩色立體表面成像系統（Colour and Stereo Surface Imaging System, CASSIS）用於測量火星大氣中的痕量氣體。

NOMAD可以探測每萬億分之五十的甲烷，比PFS敏感100倍。但是至今為止NOMAD和其他TGO儀器並沒有探測出任何甲烷。團隊在美國地球物理協會的會議上公佈了這一結果，並將撰寫關於TGO所有發現的論文。

那麼問題又來了。既然最先進的儀器都沒能檢測出甲烷的存在，好奇號和火星快車是如何檢測出來的呢？

其中一種可能的解釋是甲烷在火星大氣中不是永久存在的。一些科學家認為甲烷可能被困在地下，只有在特定地質活動時才會出來到火星表面，比如多年凍土可能阻止甲烷逃逸到表面，如果地質活動或其他條件擾動了這一層，被困在地下的甲烷可能會逃逸在火星大氣中，只在短暫的時間存在。

這個情況對於火星快車和好奇號總是同時檢測到甲烷是説的通的，當火星快車沒有探測到任何甲烷的時候，恰好是好奇號報告甲烷量較低的時候。

有很多方式可以合成或帶走火星大氣中的甲烷。儘管微生物是最有可能的，其他水與礦物的反應，或者太陽紫外線輻射分解火星表面的微隕石塵土也可能產生甲烷 | NASA / JPL-Caltech / SAM-GSFC / Univ. of Michigan

但是這個解釋並不完備：就算甲烷在短時間內被釋放，現有模型推測它們應該在逃逸到太空或被分解之前繼續在火星的大氣維持300年左右。因此TGO應該還可以探測到甲烷，因此科學家需要提出能使火星上的甲烷揮發更快的機制。

火星上的甲烷看上去出現和消失的都很快，暗示可能存在一個破壞甲烷的機制能夠很快地將甲烷清出火星大氣。科學家已經提出了幾種假説，然而這些假説仍不成熟。

Webster認為仍需要更多觀測。確認甲烷的存在可以來自任何探測甲烷的儀器。未來可以通過PFS，TGO和好奇號的聯合觀測得到更多觀測數據。

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