在太空探索的歷史上，科學家們首次測量了火星上大風火山口表面上方的空氣中填充的氣體的季節性變化。結果，他們注意到了令人困惑的事情：氧氣（許多地球生物用來呼吸的氣體）的行為方式到目前為止，科學家們還無法通過任何已知的化學過程進行解釋。
在三年的火星曆程（或將近六個地球年）中，NASA好奇號火星探測車腹部的火星樣品分析（SAM）可攜式化學實驗室中的儀器吸入了Gale Crater的空氣並對其成分進行了分析。SAM噴出的結果證實了表面的火星大氣成分：95％的二氧化碳（CO 2），2.6％的分子氮（N 2），1.9％的氬氣（Ar），0.16％的分子氧（O 2）和0.06％一氧化碳（CO）。他們還揭示了全年中火星空氣中的分子如何隨著氣壓的變化而混合和循環。這些變化是由於CO 2冬季，天然氣會在兩極凍結，從而在重新分配空氣後降低整個星球的氣壓，以保持壓力平衡。當CO 2在春季和夏季蒸發並在整個火星中混合時，它將升高氣壓。
在這種環境下，科學家發現氮氣和氬氣遵循可預測的季節性模式，全年相對於空氣中的CO 2含量，大風火山口的濃度呈上升和下降趨勢。他們希望氧氣也能這樣做。但事實並非如此。取而代之的是，整個春季和夏季，空氣中的氣體量最多增加了30％，然後在秋季下降到已知化學方法預測的水平。儘管向大氣中添加的氧氣量有所變化，但這種模式在每個春天都重複出現，這暗示著有某種物質在產生並隨後將其帶走。
密西根大學安娜堡分校氣候與空間科學教授蘇希爾·阿特雷亞（Sushil Atreya）說：「這是我們第一次看到這種情況，這真是令人難以置信。」 Atreya是該主題論文的合著者，該論文於11月12日發表在《地球物理研究雜誌：行星》上。
一旦科學家發現了氧氣的謎團，火星專家便著手嘗試對其進行解釋。他們首先對用於測量氣體的SAM儀器（四極質譜儀）的準確性進行了兩次和三次檢查。儀器很好。他們考慮了當CO 2或水（H 2 O）分子在大氣中破裂時可能釋放出氧氣，從而導致短暫上升的可能性。但是，要比火星高出五倍的水才能產生額外的氧氣和CO 2分解太慢而無法在這麼短的時間內生成它。氧氣減少呢？太陽輻射能將氧氣分子分解成兩個原子並吹向太空嗎？科學家得出結論，不是，因為氧氣至少需要10年才能通過此過程消失。
負責這項研究的美國宇航局位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的行星科學家梅利莎·特納說：「我們正在努力解釋這一點。」 「事實上，每個季節的氧氣行為都不是完全可重複的，這使我們認為這與大氣動力學無關。它必須是我們無法解釋的某種化學來源和吸收劑。」
對於研究火星的科學家來說，氧氣的故事與甲烷非常相似。甲烷不斷地在大風火山口中漂浮，其數量很少（平均為0.00000004％），即使用火星上最靈敏的儀器也幾乎看不到。不過，它是由SAM的可調雷射光譜儀測量的。該儀器顯示，儘管甲烷隨季節上升和下降，但由於莫名其妙的原因，在夏季，甲烷的豐度增加了約60％。（實際上，甲烷還會隨機且急劇地增加。科學家們正在試圖找出原因。）
掌握了新的氧氣發現之後，Trainer的團隊想知道與甲烷自然季節變化相似的化學物質是否也可能驅動氧氣。至少偶爾，這兩種氣體似乎是同時波動的。
阿特雷亞說：「在火星年的大部分時間裡，我們開始看到甲烷和氧氣之間的這種誘人的聯繫。」 「我認為這是有幫助的。我只是還沒有答案。沒人會。」
氧氣和甲烷可以通過生物方式（例如，從微生物中）產生，也可以通過非生物方式（從與水和巖石有關的化學物質中）產生。科學家們正在考慮所有選擇，儘管他們沒有任何令人信服的證據證明火星具有生物活性。好奇心沒有可以確切地說出火星甲烷或氧氣來源是生物還是地質的工具。科學家期望非生物學的解釋更有可能並且正在努力地充分理解它們。
培訓師小組認為火星土壤是春季額外氧氣的來源。畢竟，人們知道它富含諸如過氧化氫和高氯酸鹽之類的化合物。在維京號著陸器上進行的一項實驗表明，幾十年前，熱量和溼氣可以從火星土壤中釋放氧氣。但是，該實驗是在與火星春季環境完全不同的條件下進行的，除其他問題外，它無法解釋氧氣的下降。其他可能的解釋目前還不十分清楚。例如，研究人員在論文中報告說，例如，土壤的高能輻射可能會在空氣中產生額外的O 2，但要花一百萬年的時間才能在土壤中積累足夠的氧氣，以解決僅在一個春季中測得的升壓問題。 。
「我們還不能提出一種能夠產生所需氧氣量的方法，但是我們認為這必須是表層土壤中隨季節變化的某種東西，因為大氣中沒有足夠的可用氧原子來創造我們所看到的行為。」馬裡蘭大學大學公園分校的助理研究員，論文的另一位合著者蒂莫西·麥康諾奇（Timothy McConnochie）說。
NASA的雙「維京」著陸器是以前唯一能夠測量地面火星空氣成分的太空飛行器，於1976年到達地球。維京實驗只覆蓋了火星幾天，因此它們無法揭示不同氣體的季節性模式。新的SAM測量是第一個這樣做的。SAM小組將繼續測量大氣中的氣體，以便科學家可以在每個季節收集更詳細的數據。同時，Trainer和她的團隊希望其他火星專家能夠解決氧的奧秘。
「這是多年來我們第一次看到這種有趣的行為。我們對此並不完全了解，」 Trainer說。「對我來說，這是對所有對此感興趣的聰明人的公開電話：看看您能想到什麼。」