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火星上有生命嗎？ 答案可能在風中飄蕩。
研究人員今天在美國地球物理聯合會的會議上宣佈，NASA 的好奇號探測器在火星稀薄、寒冷的大氣中探測到甲烷的波動痕跡——這可能是生命跡象。
在火星各地以及好奇號正在緩慢攀登被稱為夏普山的沉積岩尖峰的蓋爾隕石坑內，甲烷以略低於十億分之一體積濃度（ppb）的背景濃度存在於大氣中。 然而，出於未知原因，在兩個月的時間裡，探測器四次測量到高得多的甲烷丰度，約為背景水平的十倍。 對甲烷排放的進一步原位研究可能有助於確定火星是否存在生命，現在或在遙遠的過去，儘管目前尚不清楚這些研究何時或是否會進行。 這些發現發表在《科學》雜誌上。
“地球上大部分甲烷是由生物產生的，人們一直希望‘火星上的甲烷’可以簡化為‘火星上的生命’，”主要作者克里斯·韋伯斯特說，他是 NASA 噴氣推進實驗室的高階研究科學家，位於加利福尼亞州帕薩迪納。“但我們尚無法區分我們看到的高甲烷水平是地球化學產生的還是生物產生的。” 韋伯斯特和他的團隊認為，意想不到的甲烷爆發是在相對較近的地方產生的，在探測器的北部某處，然後被盛行風帶到好奇號。
這些發現與好奇號一年前釋出的早期結果截然相反，早期結果使用了在一個火星年三分之一的時間內收集的資料，幾乎排除了火星空氣中存在大量甲烷的可能性。 現在看來，這個零結果是由於火星甲烷的實際背景水平恰好低於好奇號儀器標準操作的可探測閾值。
為了嗅出甲烷，好奇號團隊不得不尋找更長時間、更努力。 對於這些新結果，他們收集了一個完整火星年的資料，並收集了“富集”的火星空氣樣本，這些樣本去除了二氧化碳，以放大微弱的甲烷痕跡。 韋伯斯特說，他們最終發現的十億分之一的甲烷背景轉化為每年約有 200 公噸的氣體在火星大氣中流動。 相比之下，地球每年約有 5 億公噸的甲烷在其空氣中迴圈。
地球上大部分甲烷來自生活在低氧環境中的厭氧細菌，例如停滯的水和動物的腸道，儘管流經富含礦物質岩石的熱水等非生物過程也可能產生這種氣體。 火星微小的甲烷背景與紫外線照射隕石、彗星和星際塵埃的富碳碎片應該產生的甲烷大致一致，這些碎片週期性地落到這顆紅色星球上。 但這種機制很難解釋好奇號觀察到的甲烷峰值，因為它需要蓋爾隕石坑附近發生大型、非常近期的隕石撞擊或空爆，這將留下明顯的跡象，而警惕的軌道航天器現在應該已經發現了這些跡象。 或者，好奇號團隊認為，甲烷峰值可能來自未被發現的、埋藏的籠形化合物沉積物，籠形化合物是由冰晶格組成，可以捕獲甲烷等氣體在其晶體結構中。
另一種可能性是，甲烷峰值不是在好奇號附近產生的小型、瞬時事件，而是來自發生在星球上更遠地方的更大規模的甲烷釋放的跡象。 十多年來，各個團隊使用來自地球望遠鏡或行星際軌道飛行器的充滿噪聲的觀測資料，聲稱看到了火星大氣中大規模甲烷釋放的跡象，濃度在十到近六十 ppb 之間不等。 2009 年，其中一個團隊的負責人，NASA 戈達德太空飛行中心的高階科學家邁克爾·穆瑪，宣佈探測到巨大的、環繞全球的甲烷羽流，週期性地從火星表面的區域性區域噴出。
其他研究人員，特別是 NASA 艾姆斯研究中心的凱文·扎恩勒，對羽流的真實性表示懷疑。 扎恩勒說，地球大氣的影響可能汙染了穆瑪的望遠鏡資料，並且羽流據稱的瞬時性需要某種強大的行星範圍的化學催化劑的不太可能存在，以清除空氣中的甲烷。 好奇號早期對看似無甲烷的火星空氣的嗅探被廣泛認為是更明確的反駁，因為即使存在某種未知的甲烷清除催化劑，如此巨大的羽流仍然會在整個星球大氣中留下清晰可探測的增強氣體濃度。
儘管他在 2009 年聲稱的巨大羽流現在已經失寵，但穆瑪仍然懷疑類似它們的羽流，從遠離探測器的地方大量噴出，可能是好奇號甲烷峰值的來源。 他指出，支援較弱、較區域性釋放的論點依賴於對蓋爾隕石坑及其周圍風模式的假設，而這些假設尚未得到現有資料的充分支援。
“好奇號的結果真正證實的是，我們仍然不瞭解火星上甲烷的釋放和永續性，”穆瑪說。 “簡而言之，這非常令人興奮，因為它非常清楚地表明甲烷在星球上有來源。”
然而，該來源也可能是探測器本身，已知該探測器的元件過去曾釋放出少量甲烷。 “探測器內部有很多甲烷，這是毫無爭議的，”扎恩勒說，他是一位即將發表在《科學》雜誌上關於這些發現的評論的作者。 “真正的問題是樣本中甲烷的來源是什麼：是探測器還是火星？”
韋伯斯特說，好奇號團隊已經竭盡全力測試探測器可能產生的混淆效應，反覆監測其所有相關元件是否有甲烷汙染的跡象。 該團隊甚至仔細分析了好奇號在其探測到甲烷增強的路段採集的岩石樣本，以防探測器的重型車輪恰好壓碎了其履帶下富含氣體的物質沉積物。 一次又一次，他們的結果表明，最合理的結論是，好奇號測量的甲烷峰值是發生在其他地方、探測器直接附近之外的神秘過程的真實跡象。
如果這些過程是生物性的，並且火星微生物現在仍在地下避難所中排放甲烷，韋伯斯特認為我們現在觸手可及就能找到答案。 “在地球上，細菌是懶惰的，或者更確切地說，效率低下，”他說。 “它們喜歡使用較輕的碳同位素，碳 12。 因此，它們產生的甲烷中較重的同位素碳 13 的含量會減少多達百分之十五。” 韋伯斯特認為，如果好奇號足夠幸運地觀察到另一次甲烷峰值，對收集“富集”空氣樣本的過程進行相對較小的調整，就可以讓探測器充分測量碳 12 與碳 13 的比率，從而區分生物和非生物來源。 本質上，所有需要的只是更多的測量次數和更長的“富集”時間來獲取好奇號的空氣樣本。
然而，這些測量面臨著與探測器目前正在嘗試攀登夏普山一樣陡峭的競爭。 韋伯斯特說，好奇號上次嗅探空氣中的甲烷是在五個月前。
NASA 戈達德太空飛行中心的好奇號團隊高階成員保羅·馬哈菲說，好奇號的任務原本是研究古代火星上適宜居住的跡象，而不是研究今天火星上生命的跡象。 對更多火星甲烷的密集搜尋很容易妨礙好奇號完成這些主要目標。 其他未來的任務，例如歐洲的ExoMars軌道飛行器和探測器（將於本十年晚些時候發射）或 NASA 的下一個探測器（計劃於 2020 年發射的好奇號克隆體），可能會採取必要的下一步措施來解開火星甲烷之謎。 韋伯斯特指出，現在存在比好奇號甲烷嗅探套件靈敏一千倍的儀器，理論上可以輕鬆辨別出氣體的潛在生物起源。 但目前尚無計劃將這些儀器用於 NASA 或任何其他航天機構的任何即將到來的任務。
“我們將繼續監測甲烷，但不幸的是，這些實驗非常耗電，”馬哈菲說。 “它們消耗了 [好奇號] 的大量資源，而且總是有很多地質工作要做。”
在宣佈令人興奮的甲烷結果的同一會議上，好奇號團隊還展示了更多證據，表明火星在其生命的早期是溫暖潮溼的，遠比地球更像地球，並且可能能夠維持生命。 可惜的是，除非我們目前的探索步伐和重點發生重大轉變，否則關於這顆星球現在是否維持生命的問題可能在未來許多年內仍未得到解答。