發現了甲烷，火星生命還遠嗎？

這是「銀河號」飛船

抵達的第64顆星球

作者：春收冬藏 & 章魚

審核：鋼筆小新

-銀河旅遊局-

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局長的私房音樂，不聽聽嗎？

/編者按/

甲烷，作為一種有機物，雖然結構簡單，但它在生命探索上的意義深遠；同時，作為一種生物特徵，它的存在與否和生物過程息息相關：地球，作為唯一一個目前宇宙中已知存在生命的行星，其大氣甲烷的濃度達到1700ppb。而據我們所知，生產甲烷的可以是微生物。設想一顆行星如果曾經存在生命，那麼在它的地下，可能會遺存有機物——包括甲烷。於是，在一顆行星上甲烷的發現，時常會引起行星是否宜居，行星上是否存在生命的討論。

火星，作為一顆與地球類似的行星，在很早以前就已經發現了甲烷的痕迹，然而直到現在，和甲烷相關的發現還在繼續，中間不乏對甲烷存在性，甲烷意義之爭。在這篇文章中，我們試圖對火星甲烷發現的階段性信息做一個並不完全的梳理，從中，我們不難體會到，人們為了探索火星，尤其對可能存在的生命，做出的不懈努力。

甲烷的發現可以追溯到2003年，人們通過加拿大-法國-夏威夷望遠鏡，測得火星全球甲烷濃度大概在10ppb，但沒有更多的細節；另一團隊通過火星快車（Mars Express）探測器，不僅發現了類似的全球探測結果，還得到了暗示在火星有些地方濃度更高的數據。

2009年，通過夏威夷和智利的望遠鏡得到的數據，科學家發現了更多能證明上述暗示的證據，確實有一些熱區（甲烷噴流），而且熱區甲烷濃度已經達到60ppb。如此高的濃度可以說明，甲烷的製造速率比預估的不知要高出幾個層級了。

2011年，歐空局的火星快車（Mars Express）探測器報告說，大氣中平均含量只有15ppb的甲烷, 卻在夏天的南極躍升到45ppb——這便是火星大氣甲烷波動性的早期證據。但火星表面的情況人們仍知之甚少。

2012年，好奇號已經在火星上著陸，人們使用搭載在好奇號上的可調諧激光光譜儀TLS(Tunable Laser Spectrometer)，通過TDLAS，也就是可調諧半導體激光吸收光譜技術來試圖發現真相。它可以用激光技術和激光吸收光譜學（laser absorption spectroscopy）原理測量一些特定分子的濃度，如甲烷，水蒸氣等。並且由於其特性，它可以在分子濃度很少（相對於ppb而言）的情景下測量，對於不確定容量的情況十分理想。

測量事實證明，甲烷含量依舊少的可憐。不過，科學家的分析表明，實驗中不可避免地存在一些誤差：測量誤差和系統誤差。科學家分析，對於測量誤差而言，因為量少，不排除本身就沒有甲烷；對於系統誤差而言，實驗測得的甲烷也可能是好奇號在地球出發的時候就存在了，而非火星上原本存在。在對其他物質的附帶研究中，科學家發現一個TLS的漏洞——因為吸收線的差異實在太細微了，它沒有辦法分辨暗示微生物存在的C12分子（微生物可以產出C12），和暗示非生物過程存在的C13分子。

當時我們由於測量技術限制，無法分出C12和C13，這也是能否找到生命存在直接證據的關鍵之處。科學家假設，它們都存在，於是，研究方向出現了分歧。有些科學家認為，與火星相似的地球上存在大量生命，甚至高等生物人類，而它的大氣層甲烷濃度達到1700ppb。雖然，相對地球甲烷含量而言，當時測得的火星上甲烷量很少，但我們無需盼望火星存在很高級的生物，發現微生物足矣（當時人們認為，微生物存在所需的甲烷大概在10ppb左右，這和當時測得的甲烷含量相差並不是太大），所以從甲烷的研究中探索微生物存在的可能性是相當不錯的選擇。而另一些科學家認為，當時火星的研究特點還在於水的存在，以及水對於火星遠古氣候的一些影響（比如使氣候更加潮濕、濕潤），進而是對火星宜居性的研究。科學家認為，與其在莫須有的火星甲烷上花費大力氣，不如從當時能獲取到的信息入手，展開研究。

不過，不論如何，科學家們自然希望能得到甲烷在火星表面存在的確切證據。由於甲烷的含量實在太少，科學家們推測，假設甲烷真的存在，最大的可能性就是非生物因素產生甲烷，可能的一種猜想是非生物的地質化學反應：如地下的岩石和熱水反應產生甲烷，或由外太空來的彗星在撞擊地表時帶來的。但科學家們依然仔細分析了甲烷少的原因。

原因一是雖然產生噴流，但是散的比較快，並不集中，至於擴散的為什麼這樣快，科學家們當時也提出了看法：噴出的甲烷可能被大氣中物質破壞。原因二是Gale火山坑選址不好：因為火星上甲烷分布不均，因而不排除好奇者號所處地點甲烷含量偏低的可能。為了提升可憐的甲烷含量，機智的科學家們濾去了占火星大氣含量絕大多數的二氧化碳——這樣甲烷的測量值就顯著增加了，便於研究。儘管當時希望渺茫，人們並沒有放棄希望。人們將希望寄托在2016年發射的TGO（Trace Gas Orbitor ）科學家們期望它能夠繪製出甲烷在火星的分布圖，最終成功發現火星生命。

不可否認的是，作為一輛能時刻在火星上遨遊的火星車，好奇號對於火星探索，包括甲烷存在地和存在性的探索做出了重要貢獻。2014年，在經歷了605個火星日後，它仍在火星的Gale火山口遊盪，並測得了很低的0.7ppb數據。但有時，它也會得到高達7ppb的甲烷量，可能產出甲烷的地方距離好奇號並不算太遠。說句題外話，在先前研究的四個地點中，它只在一個地點上發現了更複雜的有機物，所以可以基本排除複雜有機物發現中的地球污染，也就是說，發現了更複雜的有機物！

現在，讓我們暫時忽略那些複雜的有機物，也忽略甲烷忽高忽低的測量值，最少我們可以知道，火星是在活躍的產出並釋放甲烷的，於是，科學家猜測了幾種可能的甲烷生成的情景：先前猜測的活躍地質活動，比如不同種類岩石的化學反應？彗星撞火星的結果？甚至，大膽一點，真的來自細菌？畢竟在地球上，大多數大氣甲烷都來自存活的有機體。我們並不知道，但我們確實很想知道。

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