懸浮在火星空氣里的奇異物質，一個大發現

它們可能是生命的產物。

在另一顆行星上尋找生命，只需尋找所謂的「生物標記」即可。生物標記是指與生物活動有關的化學光譜特徵。事實上，我們在另一顆行星上找到過這樣的標記。2003年，天文學家用望遠鏡在火星大氣里發現了甲烷。但起初存在爭議，以致於他們沒有發表這一結果。直到最近，好奇號火星車證實了火星上確實存在甲烷。這是迄今為止人類掌握的最切實證據，表明我們在宇宙中可能並不孤獨。

無論這些甲烷從何而來，都是一個非常令人激動的發現。甲烷分子在火星大氣中的平均壽命只有大約300年，它很容易被陽光中的紫外線和其它氣體破壞。火星大氣理應在遠古時代就已經失去了所有的甲烷。所以，要麼火星上有什麼東西在製造甲烷；要麼這些甲烷形成於古代，且一直深埋地底，偶爾泄露。在地球上，95%的甲烷是生物製造的。所謂的產甲烷菌以有機物為食，甲烷是它們的排泄物。它們在地球的濕地中廣為分布，製造出了全球大氣中將近四分之一的甲烷。甲烷產量排在第二位的，則是奶牛腸道中的細菌。由此人們推測，火星上可能存在微生物，因而尋找甲烷也成了當務之急。

下面有什麼？2004年，火星快車在這片名為「阿拉伯高地」的區域檢測到了甲烷。NASA / JPL / 馬林空間科學系統

即便這些甲烷並非源自生物，也足以讓我們重新審視這個看上去死氣沉沉的異世界。甲烷可以通過一種名為「蛇紋石化」的地質過程生產出來。這樣的地質過程在地球上非常常見，我們尤其可以在大洋底部溫暖的熱液噴口附近找到它們。「蛇紋石化」需要兩個條件，一個是地熱，另一個是液態水。而這兩者又恰好是生命的兩大要素。

火星甲烷的神秘之處不僅僅是它出現在了一個不可思議的地方，更是由於它的濃度之高。這些甲烷分布在火星表面的許多地方，出現時間也各不相同。所以我們不但不知道它來自何處，更不知道它們因何匯聚在一起。揭示這種變化的首個明確證據出現在2003年天文學家Michael Mumma的報告中。隨後幾年，羅馬行星空間物理研究所的Vittorio Formisano等人也公布了來自歐空局火星快車軌道器的檢測報告。雖然數值要低許多，但他們也發現了火星甲烷的濃度會發生變化。火星快車檢測到的全球甲烷平均濃度大約是15ppbv。我們可以把這個數值和地球作個比較，地球大氣的全球甲烷平均濃度大約是1875ppbv。

火星確實是個活躍的地方，它的過去和現在都有可能存在顯微生命。

這些數據，是科學家通過觀測火星大氣反射的陽光獲得的。他們在光譜中尋找甲烷的紅外特徵。地面望遠鏡由於要穿透地球大氣，而地球大氣也包含甲烷，所以進行分析時，科學家必須把火星的甲烷特徵和地球甲烷特徵區別開來。在火星軌道上飛行的探測器不會遇到這樣的問題，但也有它特有的困難，它必須避免甲烷的譜線和同一地區其它氣體的譜線發生重疊。這兩個科研團隊的工作都相當仔細，但他們取得的成果卻仍有爭議。

甲烷嗅探器。這樣一個可調式激光光譜儀被安裝在好奇號上，它可以用來檢測甲烷產生的脈衝。NASA / JPL-加州理工學院

為了解答這個問題，2004年時，NASA把一台設備安裝在了好奇號火星車上。這是一台樣本分析儀，其中包括一台可調式激光光譜儀。這台光譜儀能夠測定火星大氣中的甲烷含量。它首先會對火星的大氣進行採樣，把火星空氣封裝進一個咖啡杯大小的單元內，然後射出一道紅外激光，測量氣體對激光的吸收情況。在對各個波長進行掃描後，可以從中找到甲烷等氣體產生的獨特印記。只要甲烷的濃度在2ppbv以上，這台光譜儀就能依靠其自身的能力把它檢測出來。為了獲得更高的靈敏度，採集到的氣體會用一些能夠把大部分二氧化碳氣體吸收掉的化學物質進行過濾，以豐富甲烷產生的信號，並將誤差縮小到大約0.1ppbv。這種技術自1980年代後便已被人們採用，它曾被用來在空中測量蓄積在臭氧層空洞內的氯，曾被用來測量捲雲中的氘-氫比例，也曾被用來在許多地方對甲烷進行測量。

但是這台儀器有一個潛在的出錯根源。發射前幾個星期，探測器及其搭載的儀器都會暴露在地球大氣中，以便組裝、測試，以及作發射前的準備。因此這台儀器的前光學腔（激光束要經過這裡，然後再射入樣本腔），殘留了少量包含甲烷的地球大氣。為了消除這一污染的影響，每一例樣本檢測，都要重複三次。第一次我們將樣本腔內的火星大氣抽乾淨，使之保持真空狀態；在這種情況下，我們獲得的甲烷數據只和這一小片偷渡而來的地球大氣有關。隨後我們注入火星大氣，進行第二次檢測。最後我們抽空樣本腔，再檢測一次。通過這種方法，我們可以排除地球大氣污染物帶來的影響。好奇號在火星上的這幾年間，我們沒有發現前光學腔內有泄漏跡象。因此這些污染物帶來的影響是穩定的，它們和我們觀測到的火星大氣甲烷濃度變化沒有關聯。

這台儀器自好奇號2012年8月登陸在火星表面的蓋爾隕坑以來便開始工作。在這三年多時間時間裡，它觀測到火星大氣的背景甲烷濃度大約是0.5ppbv。這一背景濃度的數值和火星季節的輪替有關，所有針對甲烷的檢測結果都呈現出了可重複性。這些背景甲烷可能來自周期性隕落在火星表面的彗星或隕石，它們攜帶的有機物在陽光紫外線的作用下被分解為甲烷。甲烷濃度的季節性變化可能和到達火星表面的紫外線流量變化有關，這也透露出許多和到達火星表面的有機物有關的信息。

令人吃驚的事發生了。在為期兩個月的單一觀測周期中，我們觀測到了連續四次出現的7ppbv甲烷濃度峰值。這麼高的數值很難用彗星、隕石或塵埃來解釋。它們肯定是火星自己產生的——也許來自著陸點以北某處範圍相對較小的地底。火星上有風，它們會把甲烷吹散，因此這個信號隨後便消失了。甲烷濃度的波動也有可能來自更遠的地方，有一個更大的發生源。如果是這樣，那麼其迅速消失也意味著必須存在另外一種未知的清除機制。和之前人們在火星大氣頂部觀測到的羽流一樣，這些甲烷濃度的峰值讓我們真切地感受到了火星的神秘之處。

這些針對甲烷的檢測數據表明，火星確實是個活躍的地方，它的過去和現在都有可能存在顯微生命。但是仍然存在許多疑問，解釋這些潛在的生物標記，需要我們接下去做更多的細緻工作。歐空局的ExoMars微量氣體軌道器已於早前抵達火星，它帶去了威力強大的甲烷探測儀，它既可以直接下向觀測，也可以逆著陽光觀測火星邊緣處。這兩種觀測方法能夠測定火星大氣中的甲烷在不同的緯度及全球範圍內的分布情況。與此同時，好奇號也將繼續在火星地表工作。在它們的共同努力下，我們也許很快就能回答這樣一個問題：好奇號觀測到的甲烷濃度變化相對於火星全球而言是否具有典型性？隨後我們也能夠了解，我們是否真的和火星生命共享著這個太陽系。

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