美國宇航局的“好奇號”火星車，在火星的三個年頭裡——對我們地球人來說幾乎是六年——一直在火星蓋爾隕石坑的近赤道探索地點上空嗅探空氣。利用其火星樣品分析（SAM）行動式化學實驗室，火星車不僅確定了表面大氣由什麼組成，還確定了其氣體如何隨季節變化。
美國宇航局的行星科學家、SAM實驗團隊成員梅麗莎·特雷納表示，火星上的許多氣體“表現得非常正常”。然而，有一種氣體似乎以一種完全出乎意料且非常奇怪的方式在執行：氧氣。
科學家們早就知道，火星上的二氧化碳佔該星球大氣的95%，會在冬季在兩極凍結，並在夏季昇華回氣體。在蓋爾隕石坑周圍稀薄的空氣中，“好奇號”的測量顯示，少量惰性氬氣和氮氣正如預期的那樣週期性地升高和下降，這是由於二氧化碳的季節性迴圈造成的。
支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠有關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
“好奇號”的儀器還記錄到大氣氧氣在相似的時間升高和下降，但其數量卻難以輕易解釋。在春季和夏季，氧氣含量遠高於其他氣體季節性來回波動所預測的水平，而在冬季則較少。
這表明，在溫暖的月份裡，某種物質正在製造或釋放氧氣儲備，並在寒冷的月份裡將其捕獲或吞噬。這可能是一個地質、化學、大氣，甚至可能是生物過程，但目前，沒有人知道罪魁禍首到底是什麼。儘管氧氣的波動似乎是一種區域性特徵，但也可能是一種區域性甚至全球性的特殊現象。
法國國家科學研究中心的行星科學家弗朗索瓦·福蓋表示，這一發現令人驚訝、奇怪和神秘。紐卡斯爾大學的地球化學家和地質微生物學家喬恩·特林表示，他和其它專家感到“困惑”，這是可以理解的。
科學介面前突然出現了一個意想不到的挑戰。目前還不清楚這個過度活躍的氧氣案例何時才能被破解，甚至是否會被破解。美國宇航局的行星地質學家兼分析地球化學家保羅·奈爾斯表示，已經非常清楚地表明，“火星比我們想象的要更加陌生。”
好奇號毀了資料統計
對火星大氣壓力、溫度和成分的現場測量可以追溯到近半個世紀前，從1970年代的海盜號著陸器到“勇氣號”、“機遇號”，以及現在的“好奇號”火星車。“好奇號”的SAM套件，透過追蹤火星大氣氣體含量如何隨季節變化，為科學家提供了該星球大氣層一個改變遊戲規則的精確記錄。
在溫暖和寒冷月份期間，氧氣過高的高峰和過低的低谷分別令人震驚。“好奇號”的科學家只能想到兩種可能性：要麼在火星上存在一個神秘的氧氣創造者和破壞者，而科學家們對此並不知情，要麼是測量結果有誤。特雷納是《地球物理研究雜誌：行星》上報道該發現的研究的主要作者，她強調，這種檢測和分析耗費了多年時間，並排除了所有可能的假陽性觸發因素。
奈爾斯表示：“我認為他們已經盡職盡責了。”這些星際科學實驗可能會出現很多問題，從裝置故障到汙染。儘管如此，他說，“我看不出有任何理由懷疑氧氣的測量結果。”
福蓋表示：“我希望這是真的，”因為一個外星氧氣謎題比一個故障更有趣。
開放大學的行星科學家馬尼什·帕特爾表示，一個真正的謎團將迫使研究人員回到基礎。“在引用任何新的或有爭議的過程之前，我們必須首先審視我們對已知氧氣生成過程的理解。”
特雷納和她的同事們正是這樣做的。但他們仍然沒有找到答案。太陽輻射可能會分解氧分子並將其吹入太空，但這個過程似乎太慢且效率低下，無法解釋“好奇號”觀測到的季節性下降。也許大氣中二氧化碳的緩慢分解可能釋放了氧氣，導致夏季的激增——但同樣，這個過程需要太長時間才能產生觀測到的峰值。
火星土壤富含含氧的過氧化氫和高氯酸鹽。“海盜號”著陸器證明，溫暖潮溼的空氣可以釋放這種氧氣，但這些條件在整個星球（更不用說蓋爾隕石坑）上並不普遍，不足以滿足SAM的資料。宇宙射線和太陽風暴的電離輻射轟擊土壤可能會奏效，但據估計需要一百萬年的時間才能產生在一個單獨的春天看到的氧氣峰值。
奈爾斯表示，我們對火星的瞭解還不夠深入，無法掌握這個特殊的謎題。關於其化學性質——氣體如何在行星上方和內部傳輸、它們可能具有的來源和匯，仍然存在很大的不確定性。他說，就我們所知，火星過去的事件可能導致大量氧氣被鎖在地下，而現在，由於某種原因，氧氣正在湧回大氣層。
如果答案不在火星毫無生氣的空氣和岩石中，那麼是否是一些神秘的外星生物形式造成的？在地球上，生物的光合作用和呼吸作用會導致我們星球其他穩定的氧氣濃度發生微小的波動。雖然我們不應該在火星上期待這種情況。特林表示：“這太牽強了。”火星對於維持這兩種過程的生物來說似乎太不宜居了。“這幾乎肯定是非生物的化學反應。”
特雷納本人並沒有排除生物學解釋，但她仍然強調這種解釋不太可能。“社群裡的人喜歡說，這將是最後的解釋，因為這將是如此重大的事情，”她說。在跳躍到任何更聳人聽聞的說法之前，還有很多已知的和未知的非生物機制需要排除。
乘坐甲烷過山車
這個氧氣難題讓人想起了火星上調皮的甲烷，這是紅色星球長期以來的另一個謎團。儘管火星空氣中存在持續的低背景甲烷含量，但多年來，多個獨立的科學家小組聲稱檢測到該氣體在大氣中的含量出現戲劇性的、不可預測的峰值。“好奇號”在2013年發現了一個這樣的峰值，並在2019年發現了另一個大得多的峰值。令人費解的是，許多地基甲烷探測沒有得到火星表面高空大氣探測航天器的證實，包括歐空局的微量氣體軌道飛行器和火星快車。
甲烷在地球上有廣泛的來源和匯。有些是地質性的，但許多是生物性的。在火星上，空氣中的甲烷應該會迅速分解，因此任何峰值都被認為是在檢測前不久產生的；這一事實加劇了人們對現有火星微生物祖先是“好奇號”觀測到的峰值原因的猜測。但與氧氣一樣，福蓋表示，“甲烷也完全令人困惑”。科學家們無法確定地說出任何關於它的資訊，包括它是在區域性、區域還是全球範圍內出現，以及為什麼會出現。
如果火星的甲烷峰值是真實的，並且是由某種尚未知的化學過程引起的，科學家們認為這應該會對大氣中的其他氣體產生連鎖反應——但從未觀察到類似的情況。直到現在，情況才有所不同：“好奇號”的SAM讀數表明，氧氣水平在各個季節有時會隨著火星的甲烷濃度而升高和降低。
特雷納表示：“這當然不是完全匹配的”；對於每種氣體，峰值和谷值的時間和極端情況都會有所不同，這表明這兩種氣體受不同過程組合的控制。然而，如果這兩種氣體之間暗示的不完美同步舞蹈是真實存在的，那麼瞭解一種氣體的行為可能有助於我們理解另一種氣體的行為。
既然有這麼多的問題，我們該何去何從？特雷納表示，使用SAM在火星表面吸取更多的空氣將始終是受歡迎的；這些資料可以輸入到模型和實驗室實驗中，這可能揭開火星瘋狂氧氣的謎團。
然而，帕特爾表示，“好奇號”只是在一個單一區域吸取氣體，因此其資料不適合確認這種氧氣過山車是區域性還是全球現象。然而，微量氣體軌道飛行器可能會有很大幫助。福蓋表示：“我真的敢打賭，如果這種氧氣變化是真實存在的，那麼它肯定是全球性的，”而且這個軌道飛行器完全有能力確定這一點。
現在預測這將是一個巨大的現象還是一個微小的現象，一個有基本解釋的現象還是一個更具革命性的根源的現象還為時過早。特雷納表示，目前，我們唯一能有把握地說的是關於火星上狂野的氧氣水平，“我們正在利用我們目前的所有理解，並說，天哪，這根本說不通。”