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火星甲烷神秘“消失”

2018-12-20 09:19来源:中国科学报

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  TGO于2016年抵达火星。图片来源:TG MEDIALAB/ESA

  本报讯火星上的甲烷已经消失了。十几年前,科学家首次在这颗红色行星的大气层中发现了这种气体的踪迹,后者是地球生命的一个关键指示器。然而如今,研究人员报告说,一颗欧洲卫星并没有在火星上发现一缕甲烷。如果这一发现站得住脚,则会让科学家的梦想变得更加复杂——他们曾推测,火星微生物可能正在地下喷发着这种气体。【《科学》相关文章】

  火星快车轨道飞行器于2004年首次在火星大气中探测到甲烷的存在。但一些科学家说,探测到甲烷的轨道飞行器上的仪器不够敏感,因此无法得出可靠的结果。这些甲烷气体的浓度为10ppb(十亿分之一)。10年后,美国宇航局的“好奇”号火星车在其位于盖尔环形山的基地附近发现了一个7ppb的甲烷峰值,并持续了几个月的时间。几年后,“好奇”号的科学家发现了一个微小的甲烷季节循环,这种气体的含量在北半球夏末达到了0.7ppb的峰值。

  为了解开这个谜团,2016年抵达火星的欧洲空间局的微量气体轨道飞行器(TGO)于今年开始扫描大气中的甲烷。TGO上装载的两个分光计——比利时的NOMAD和俄罗斯的ACS——被设计用来探测极低浓度的甲烷,研究人员确信它们有这个实力。

  这两台分析由太阳背光照射下火星大气水平切片的仪器都运行得很好,一个科学家团队在12月12日于华盛顿哥伦比亚特区召开的美国地球物理联合会半年会议上报告称。布鲁塞尔比利时皇家空间大气物理研究所行星科学家、NOMAD首席研究员Ann Carine Vandaele在谈话中表示,还有一些噪音需要清理。“但我们已经知道我们看不到任何甲烷了。”

  研究小组的初步结果显示,在低至每分钟50万亿分之一(ppt)的水平仍然没有发现甲烷,而他们的观测几乎一路下降到火星表面。

  负责“好奇”号火星车上甲烷探测仪器运行的加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室行星科学家Chris Webster表示,这个结果令人吃惊。他预计TGO会接收到至少0.2ppb的甲烷信号。但Webster仍然很乐观——他的团队花了6个月的时间才探测到甲烷峰值,花了数年的时间才确认甲烷循环的季节性背景。“我相信,随着时间的推移,这两个数据集将会保持一致。”

  “好奇”号研究团队怀疑甲烷循环来自火星地下的微渗漏,这些微渗漏不是来自行星外部,而是来自生物或地质过程。如今TGO的工作可以证实这一点,因为它似乎没有发现有甲烷气体从大气中掉下来。“甲烷不是从上面来的。”Webster说,“这是一个重大的结果。”

  加拿大多伦多市约克大学行星科学家John Moores认为,这同样令人困惑。例如,科学家怀疑,每年有数百吨的有机碳从太阳系尘埃中大量涌入火星大气层,进而与太阳辐射发生反应并最终形成甲烷。他说:“这些碳都到哪里去了呢?”

  安阿伯市密歇根大学行星科学家、“好奇”号科学小组成员Sushil Atreya指出,盖尔环形山不太可能是火星上唯一能够看到这种渗漏的地方。但即使有5000个类似的渗漏,混入火星大气层的甲烷信号最终也会很少。“我确实做了计算,”Atreya说,“它的平均值会非常低,以至于仪器无法检测到。”

  目前,有关火星甲烷的谜团正在进一步加深。TGO将持续运行到2022年,足够观测至少两个火星年。其间,它的数据将变得更加精确,同时检测极限也会下降。也许到那时,科学家就会知道,他们对于火星上作为生命存在的微生物正在喷涌甲烷的梦想是否已经破灭。

  TGO是火星快车项目的一部分,后者是ESA与俄罗斯航天局的一个合作项目。该轨道飞行器于2016年3月发射升空,并于当年10月到达火星轨道。这是第一个专门设计用来研究火星气体的飞行器,这些气体在这颗行星寒冷而干燥的大气中所占比例不到1%,其中包括甲烷、水蒸气和臭氧。

  火星是太阳系由内往外数第四颗行星,属于类地行星,直径约为地球直径的一半,自转轴倾角、自转周期相近,公转一周则花两倍时间。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿(氧化铁)覆盖,火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星 。(赵熙熙)

  《中国科学报》 (2018-12-18 第2版 国际)

[责编:毕孝斌]

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