甲烷的秘密,在「好奇號」上,我們發現了什麼?

2021-01-09 天文在線

在火星上發現有機分子和季節性甲烷的更多細節。

這是一幅火星上the Valles Marineris的3D圖像。生命曾經在它的表面上存在過嗎,現在仍然存在嗎?

美國國家航空航天局(NASA)的「好奇號」火星探測器發現了一些科學證據,在古老的湖床沉積物中發現了有機分子-生命的基石-的確鑿證據。它還發現了火星大氣中甲烷含量的變化模式,甲烷是另一種常與生命有關的化學物質。

有機化學物質是一種以碳、氫為主的物質,通常還含有氧和氮等其他元素。甲烷是最簡單的化學物質,它的的分子式是CH4。

這兩項發現都不能證明火星曾經有過生命。但是它們已經足夠重要了,以至於荷蘭烏得勒支大學的天體生物學家Inge Loes ten Kate教授稱這兩項研究都是「天體生物學的突破」,儘管她並沒有參與這兩項研究。

「我們在一個古老的湖床巖石中發現了有機物,」Jen Eigenbrode說,她是天體生物學家,來自NASA在美國馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心,同時,她也是巖石研究小組的主要作者。「這些有機物可能來自生命。」她補充道。

不過,她指出,它們也可能來自很久以前撞擊火星時的富含有機物的隕石,或者只是在純粹的地質過程形成的。

我們所掌握的信息並沒有告訴我們是哪個來源的。」她說道。

Eigenbrode的研究小組是通過仔細研究從靠近Mount Sharp底部的巖石中鑽出的樣本才發現這些化學物質的,這是「好奇號」自2014年來一直在緩慢爬升的高峰,有5500米之高。

這些數據分析是如此的艱苦,以致於直到現,Eigenbrode的團隊才有足夠的信心來發布研究結果。

「我們花了幾年的時間才得到了今天的結果。」美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的項目科學家Ashwin Vasavada說。

然而,等待是值得的。「[數據]為有機化合物的存在提供了決定性的證據,」ten Kate說。

在被發現的物質中有苯等環狀化合物和丙烷、丁烯等鏈,Eigenbrod分析道,因為這些只是在高溫下從巖石樣品中烘烤出來的結果,他們推測這些物質很可能來自一些更大的化合物,叫做大分子,比如乾酪根,在地球上煤和黑色頁巖中發現的一種片狀聚合物。

在研究過程中,特別令人感興趣的是一種被稱為噻吩(C4H4S)的分子,它是一種具有四個碳原子和一個硫原子的五邊形環狀結構。在Eigenbrod的眼中,這是一個有趣的發現,因為這種含硫化合物是耐降解的,而這為有機物在30億年前的巖石中生存下來提供了一種可能性。

與此同時,由噴氣推進實驗室高級研究員克裡斯·韋伯斯特(Chris Webster)領導的另一個研究小組報告稱,火星大氣中的甲烷含量在不同季節有所不同,夏季達到峰值,秋季和冬季下降。

在地球上,甲烷含量約佔比為百萬分之二,從牛放的屁到植物的分解,再到天然氣洩漏,有許多生物過程都能產生甲烷。

在火星上,甲烷含量要比地球低幾千倍——低到足以完全由非生物過程產生,比如某些類型的火山巖與水的相互作用。韋伯斯特說,以前,軌道觀測報告說,在地球上不同的地方有短時間存在的甲烷流,但這些報告不能令人信服,因為每一次甲烷流都是一次性時間的,並沒有明顯固定的模式。

但是,他指出,現在通過對「好奇號」在近6個地球年(相當於火星3年)期間採集的空氣樣本進行的分析顯示,火星上的甲烷含量在季節中循環強烈。而且影響不小。

他表示:「季節性周期變化了三倍。」

那為什麼我們仍然不清楚呢。韋伯斯特說,甲烷很可能來自地下某處。從那裡開始,它慢慢地向上移動——大部分時間都是穩定的,因為地下溫度受季節影響不大。然後,當它接近地表時,它會遇到溫度隨季節變化的區域,當地表被太陽曬暖時,會有更多的物質逸出,而當地表變冷時,逸出的物質就少了。

但最重要的是這裡存在著一個固定的可重複模式。

「這是我們第一次在對甲烷的研究中看到重複的模式,」韋伯斯特說。「它給了我們提供了一些東西來重新測試我們的模型。」

與Eigenbrode團隊檢測到的有機物一樣,這種甲烷的來源仍有待確定。「我們不知道它屬於古代的還是現代,」韋伯斯特說,「我們也不知道它是來自巖石化學還是微生物。」

這兩項研究都激發了人們繼續探索火星的興趣。

「火星告訴我們要堅持下去,繼續尋找生命存在的證據,」位於華盛頓特區的NASA科學任務理事會的副主任Thomas Zurbuchen說。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. cosmosmagazine- Carpediem-Richard A. Lovett

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