好奇号重大发现:火星大气甲烷异常升高


发布时间:2014年12月18日 文章出自:新浪科技

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新浪科技讯 北京时间12月18日消息,综合英国《每日邮报》以及美国太空网的有关报道,在过去的几个月里,科学家们已经获得确凿的证据证明火星上曾经存在水。但还有另外一个更大的问题:那里是否存在过,或者至今仍然存在着生命?

现在,科学家们可能即将能够对这个问题给出同样确凿的回答,因为美国宇航局的好奇号火星车近期取得了一些关键性的发现。

好奇号上的一台设备探测到空气重甲烷含量的异常升高,科学家们认为甲烷的形成可能与细菌类生命体的活动有关——如果被证实,那么这将是我们首次探测到另一颗星球上的生命迹象。

好奇号火星车科学组成员,美国密歇根大学的苏希·阿特莱亚(Sushil Atreya)表示:“这种现象,即甲烷浓度出现暂时性上升,随后很快再次下降——告诉我们这里存在一个本地来源。有很多种可能性,可能是生物成因的,也可能是非生物成因的,比如水和岩石之间的相互作用。”

重大发现

此前在轨道上运行的探测器也曾经检测到火星大气中存在甲烷信号。然而所有此前的发现都不能与此次探测到甲烷含量的突然上升相比,加上出现这一现象的位置——盖尔陨坑恰好也是被认为是数十亿年前存在液态水活动的区域。2012年8月,好奇号火星车在这个直径约96英里(约154公里)的陨坑内着陆,此后便一直在开展对周围地区的地质考察。

近日,美国宇航局表示,科学证据显示盖尔陨坑在过去曾经是一个巨大的湖泊,或许这里曾经存在过适合微生物生存的环境条件。

这项最新发现已经在《科学》上刊出,这是好奇号上搭载的可调制激光光谱仪(TLS)的分析结果——这一设备的原理是使用强烈的激光来进行样品化学成分分析。其分析结果显示一个非常低的甲烷含量背景值,而在短短60个火星日内,其含量便飙升了超过10倍。

在连续4次测量中,好奇号发现甲烷含量从0.69 ppbv(十亿分之一体积单位)一路飙升至7.2ppbv。这一测量值飙升发生的区域高程差在655英尺~985英尺之间(200~300米),并且距离测得低背景值的地点仅有短短的0.62英里(约1公里)。

而当好奇号继续向前行驶大约1公里的路程之后,高的甲烷含量读数便消失了。在这篇最新的文章里,美国宇航局喷气推进实验室的克里斯·韦伯斯特(Chris Webster)博士领衔的一个研究组写道:“在60个火星日的时间里高水平的甲烷含量持续存在,以及在47个火星日的时间里出现的突然下跌并不符合混合效应的结果,而更像是存在某个本地的甲烷来源,其一旦消失,空气中的甲烷气体便迅速消散了。”当时的风向显示这个甲烷本地来源应该位于好奇号以北方向。

在地球上,生命是产生甲烷的主要来源,但与此同时也存在多种非生物成因可以形成甲烷气体。好奇号此前探测到火星大气中的低甲烷背景值可以被解释为太阳辐射导致有机物质降解时的产物,这些有机物质可能是由陨石带到火星上来的。

然而甲烷含量如此突兀的飙升需要存在一个本地来源来进行解释,而这不太可能与撞击火星的彗星或陨星有关。

因为如果真有一颗彗星或陨星坠落在附近导致出现了甲烷含量的如此上升,那么这个坠落的岩石直径必须有几米,而它将会在地面上留下一个明显的陨坑,但好奇号在附近并未发现这样的迹象。

与此同时,甲烷气体含量在这样短的时间里出现飙升,无法用冰层中捕获的火山气体释放来进行解释,而用土壤中甲烷气体的释放看来也难以对此现象进行合理解释。

谨慎解释

美国宇航局的科学家们目前对于给出结论非常谨慎,但表示生命活动造成甲烷气体的产生的确是多种可能性的其中之一。他们在论文中写道:“我们在火星上持续超过一个火星年的测量显示,在火星上存在微量的甲烷气体,其产生机制可能有超过一种,或者是多种可能机制共同作用的结果。”

盖尔陨坑靠近火星赤道,这是在大约35亿~38亿年前一颗陨星撞击火星时形成的。在它的中央位置存在一座高山,名为“夏普山”,其高出周围地形超过5500米。这座山的山麓以及盖尔陨坑边缘岩壁似乎显示出流水冲刷侵蚀的痕迹。好奇号做出的另外一项重要成果是发现盖尔陨坑内的细粒土壤中存在水分。平均每立方英尺(约0.028立方米)土星土壤中的水含量约为量两品脱(约合1升)。当然它们并非是自由水,而是以与矿物相结合的形式存在。

与此同时好奇号还在一块被称作“Cumberland”的岩石上的钻孔粉末颗粒物中检测到不同的火星有机物分子,这也是人类首次在火星表面物质中检测到确凿的有机物成分。这些有机物有可能是在火星上形成的,但也有可能是由陨石从其他地方带来的。好奇号项目科学家,美国麻省理工学院的罗杰·萨蒙斯(Roger Summons)表示:“首次在一块火星地表岩石中检测到有机碳物质具有重要意义。有机物非常重要,因为它们可以告诉我们有关它们形成与保存条件的信息。”

他说:“反过来,这些信息将有助于了解地球-火星之间的差异,并帮助我们判断由盖尔陨坑所代表的沉积岩层是否或多或少是有利于有机物质积累的环境条件。而现在我们所面临的挑战是要去往夏普山的山麓并寻找其他可能含有更多种类有机质的岩石。”

研究人员此次还报道了好奇号在古老湖床的Cumberland岩石中检测到30多亿年前与矿物相结合的水分的结果,这一结果显示古代火星失去了其绝大部分水体并在那之后继续丧失其水分。

目前好奇号已经接近夏普山山麓,而在未来数月内它将开始逐渐爬坡。科学家们非常急切地希望对这座山开展探索,这是因为这里存在大量裸露的沉积岩层,从而让科学家们有机会探查火星的漫长历史。

有关火星上是否存在,或曾经存在过生命,这个问题的答案最终可能将由欧洲空间局(ESA)的ExoMars 探测器给出解答。这辆重300公斤的火星车按计划将在2019年着陆火星。

ExoMars 火星车将装备一个6.5英尺(约2米)长的钻探机,并将装备检测生物标记的设备。不过ExoMars 火星车的着陆区将不会是盖尔陨坑。由于其着陆精度不如好奇号,因此中央矗立着一座高山的盖尔陨坑被认为是具有高风险的着陆区。

其他进展

而在此之前,12月3日,科学家们宣布,美国宇航局的好奇号火星车近日在火星表面探测到了复杂的有机化学环境,并探查到长期以来科学家们一直在搜寻的一类有机物可能存在的信号,这种有机物可能对于原始生命的产生有所帮助。

好奇号搭载的“火星样品分析仪”(SAM)从其检验的火星土壤样品中发现了氯,硫,水以及有机化合物的信号,所谓有机化合物是指含有碳的化合物。然而,目前科学组还尚无法确定这些化合物是否真的来自火星,还是随着好奇号被从地球带来的污染物。

在此间于旧金山举行的美国地球物理联盟会议期间,美国宇航局戈达德空间飞行中心的SAM设备首席科学家保罗·马哈菲(Paul Mahaffy)表示:“SAM对于有机物无法给出确切性探测。”

好奇号项目科学家约翰·格洛岑科(John Grotzinger)表示:“尽管马哈菲的设备检测到了有机物的信号,但首先我们必须确认这些物质是否的确来自火星。”

之所以专门进行这样一次信息发布,是因为上周有一条流言盛行,称美国宇航局的好奇号火星车有了“巨大的”发现。为此,美国宇航局此番专门举行发布会,试图平息这一谣言。

好奇号所进行的观测中还包括高氯酸盐,这是一种由氧气与氯之间相互反应产生的化合物,此前美国宇航局的凤凰号着陆器曾经在火星的北极地区检测到这种化合物的存在。

好奇号的SAM设备使用一个微型炉子对火星土壤与尘埃样品进行加热,并对其释放出来的气体进行分析以判断其化学成分。实验中所采用的火星土壤样品则是由好奇号机械臂上的一个勺子设备抓取并送样的。

当好奇号将含有高氯酸盐的样品放在SAM炉子中加热时,它会释放出氯化甲烷化合物,这是一种含碳的有机物质。

美国宇航局官员在一份声明中表示:“这里的氯显然是火星本地的,但其中的碳有可能来自地球,由好奇号从地球带到了那里。由于SAM设备的检测灵敏度极高,因而被检测出来。”

这项发现是好奇号对其沿途一片风成尘土沙粒覆盖区域进行考察时做出的,这片区域被称作“岩石巢(Rocknest)。这片区域地势平坦,距离好奇号的首个考察目的地——高度约5000米的夏普山山麓一片被称作“格列尼格”(Glenelg)的区域仍然还有数英里的路程。夏普山(Mount Sharp)是好奇号火星车的着陆区,巨大的盖尔陨坑中央高高隆起的一座高山。(晨风)

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