我来讲这个话题，似乎是很奇怪的一件事儿，因为这并不是我的专业，谈起来未免缺乏专业精神。不过，在我开设的《地球系统科学与管理》课程中，我倒是经常与学生聊到类似的话题，所以当看到以“火星大气初步分析未发现甲烷未捕捉到生命迹象”这个标题为新闻出现时，我忍不住来写一下我的认识，并同时作为一个肤浅的科普材料介绍给大家。

 

该文2012年11月10日被《中国科学报》转载（http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2012/11/265651.shtm）。但是，本文同时被中国矿业报2012 年11 月15 日第 B05 版收录发表，非本人投稿，编辑也从未联系联系过我。

 

今年8月，美国NASA向火星发射“好奇”号探测器着陆，这是继上世纪70年代发射“海盗”火星探测器以来，首次探测天体生物的研究。科学家们相信，由于生命体的存在可以改变星球大气中的化学成分，探测大气中的化学成分是搜索生命存在与否的最好依据。因此“好奇”号探测器除了对火星土壤和岩石进行化学分析外，还会在火星稀薄的大气层采集样本，研究其气体组成。11月2日，“好奇”号对火星大气成分进行了初步分析，结果显示并无甲烷存在的迹象，而之前通过远程传感器曾探测到这种气体的存在。

 

根据以往对火星大气成分的研究，二氧化碳占95%，氮占3%，氩站1%～2%，还有微量水蒸汽、氧和臭氧。由于地外星球暂时无法实地勘测，所以科学家们一般用在地球上的体验和实验结果来推测其他星球的一些情况。地球大气中始终存在氮和甲烷，正是生物不断释放的结果。由于氧的存在和闪电的作用，氮气变成可溶解于水的硝酸并随同降雨而落到地面，而甲烷则转化成二氧化碳和水，所以大气中在有氧条件下不可能有氮和甲烷存在，这就是推测原始大气不存在氧的原因。所以，地球上如果没有持续的生物释放，大气中的氮和甲烷也终将会消失。另外可以猜测的是，在距离火星地表60千米以上的高空，阳光中的紫外线也会快速分解甲烷分子。

 

火星是太阳系中除了地球最有可能存在生命或者曾经存在过生命的行星。在形成过程、早期气候变迁、储水状况、火山及其他地质过程等许多方面，火星和地球都颇为相似。甲烷可能来源于生物代谢，也可能产生于地质活动。我们现在非常清楚，地球大气中90%的甲烷来自有机生物体，火山对地球甲烷排放量所做的贡献不足0.2%，而且它们喷出的甲烷仍然是远古生物制造的，地球上工业生产等非生物甲烷来源几乎可以忽略不计。因此，在其他与类地天体上探测到甲烷的存在，无疑会增加在那里找到生命的可能。从2003年发现在火星大气中有甲烷以来，引发了火星上可能存在微生物的猜测，因为火星上也有活跃的氧存在。

 

2003年和2004年，美国戈达德航天中心、意大利罗马物理及行星科学研究所和美国天主教大学（Catholic University of America）等三个独立的科研小组先后宣布，在火星的大气中发现了甲烷。特别是美国戈达德航天中心使用美国夏威夷红外望远镜和智利南双子望远镜上的高分辨率摄谱仪，发现火星上的甲烷含量超过250 ppbv（其他的两个研究小组所获得的这个值要小得多，最高不超过35 ppbv，平均约为10 ppbv），并随地点的不同而发生变化，可能还会随时间发生改变，如此大的时空变异着实令人费解 ！一种可能的解释为，火星的某些区域存在甲烷的源头，或者甲烷在某些区域丢失的速率更快。虽然大气中甲烷的寿命不长，却足以让它随风扩散，相对均匀地混合到大气之中。如果这些额外的甲烷丢失过程确实发挥作用，那么维持观测到的甲烷浓度所需的甲烷源就必须更大。

 

按照这种想法，火星上是否存在一个不断释放甲烷的地质活动源？但是至少火星上的火山影响可以排除，因为它已经停止好几亿年了。此外，火山活动在喷出甲烷的同时，还应喷出大量的二氧化硫，而火星大气中不存在任何含硫化合物。那么，是否有可能源于太空的甲烷进入？据科学家估计，每年落到火星地表的微陨石尘约有2,000吨，其中碳含量不足总质量的1%，显然这些碳被高度氧化，不是火星甲烷的主要来源。那么，有没有可能是一颗彗星不久前撞击了火星呢？它能带来大量的甲烷，随着时间的推移，大气中甲烷浓度逐渐降低到现在的水平。这种假说存在一个破绽：甲烷在火星上的分布是不均匀的。彗星撞击火星之后，最多只需要几个月，大气中的甲烷就会充分扩散，在垂直和水平方面上均匀分布，这恰恰与之前观测到的事实不符。

 

就是因为上述的这些认识，“好奇”号探测器探测火星大气甲烷的存在就显得非常有意义。可惜的是，“好奇”号探测器的首次详细大气分析却未发现甲烷，结合我们前面所说的火星大气甲烷分布存在高度的时空不均问题，也许恰好“好奇”号探测器的探测位置恰好处于甲烷极少极少（探测不出）的区域和时间？当然，这目前只能是一个猜测。所以，这个研究计划还将继续。据密歇根大学大气化学家苏希尔·阿特雷亚说，在“好奇”号降落地点盖尔陨石坑不一定有甲烷释放，因此检测不到。“如果其他地方有甲烷来源，那么不会过多久就会释放到整个火星，这个大约需要3个月时间。”他说：“随着我们对甲烷的监测，我们也许可以对盖尔陨石坑地区可能存在甲烷来源提供更多信息。”

 

希望“好奇”号探测器能再接再厉，提供给我们更多鼓舞人心的好消息！

 

参考资料：

[1] 火星大气初步分析未发现甲烷未捕捉到生命迹象 http://news.cnwest.com/content/2012-11/04/content_7588425.htm
[2] 甲烷：火星与泰坦的生命证据？http://w.hudong.com/fa1e3bb01e6e4229a9a15d8102e42343.html

图片引自《2012十大科学期待—探测火星甲烷来源》：美国宇航局“好奇”号火星车将于8月份登陆火星。这部花费约为25亿美元的火星车将通过先进的登陆系统降落到“盖尔”陨石坑中。在盖尔陨石坑中，“好奇”号将对岩层的成份进行研究，以望能够找到火星曾经有水的证据。此外，“好奇”号还将探测火星大气层中的甲烷成份，以确定这种气体究竟是由地质过程产生的还是由火星微生命产生的。

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