NASA的“好奇號”探測器於2012年8月6日登陸火星，從那時起，它就在Gale環形山漫遊。它在那裡採集樣本並將結果送回供研究人員解釋。對取自六個暴露位置（包括一個暴露的懸崖）的沉積物樣本中的碳同位素的分析，研究人員對其碳的來源有了三種合理的解釋–宇宙塵埃、二氧化碳的紫外線降解、生物產生的甲烷的紫外線降解。

研究人員於日前在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上指出：“這三種情況都是非常規的，跟地球上常見的過程不同。”

碳有兩種穩定的同位素–碳12和碳13。通過觀察物質中每一種的數量，研究人員可以確定發生的碳循環的具體情況，即使它發生在很久之前。

賓夕法尼亞州立大學地球科學教授Christopher H. House指出：“我們太陽系中的碳12和碳13的數量是太陽系形成時存在的數量。兩者都存在於一切事物中，但由於碳12比碳13反應得更快，觀察樣品中每種物質的相對數量可以揭示出碳循環。”

“好奇號”在過去的九年中一直在探索Gale環形山的一個區域，該區域暴露了古代岩石層。漫遊車鑽進了這些岩層的表面並從埋藏的沉積層中回收了樣品。“好奇號”在沒有氧氣的情況下加熱了這些樣本以分離任何化學物質。對這種熱解產生的部分還原碳的光譜分析顯示，碳12和碳13的數量範圍很廣，而這取決於原始樣品的形成地點或時間。一些碳在碳13中特別貧乏，而其他碳樣品則富含碳13。

House指出：“碳13含量極度匱乏的樣本有點像取自27億年前沉積物的澳大利亞的樣本。那些樣本是由生物活動引起的，當時甲烷被古代微生物墊層消耗，但我們不一定能在火星上也這麼說，因為它是一個可能由跟地球不同的材料和過程形成的星球。”

為了解釋異常枯竭的樣本，研究人員提出了三種可能性–宇宙塵埃雲，紫外線輻射分解二氧化碳，生物創造的甲烷的紫外線降解。

據根據House的說法，太陽系每隔幾億年就會經過一個銀河系分子云。

“它並沒有沉積大量的塵埃，在地球記錄中很難看到任何這些沉積事件，”House稱。

為了創造一個“好奇號”可以取樣的層，銀河系的塵埃雲首先會要降低仍含有水的火星上的溫度並產生冰川。塵埃則會沉積在冰面上，然後在冰川融化後需要留在原地並留下一層包括碳在內的泥土。

到目前為止，火星上的Gale環形山過去的冰川的證據有限。根據研究人員的說法，“這種解釋是合理的，但它需要額外的研究”。

對碳13數量較少的第二個可能解釋是二氧化碳在紫外線下轉化為有機化合物，如甲醛。

“有論文預測，紫外線可能導致這種類型的分餾，”House說道，“”然而，我們需要更多的實驗結果來顯示這種尺寸分餾，這樣我們就可以排除掉這種解釋。”

產生碳13貧化樣本的第三個可能的方法有一個生物基礎。

在地球上，來自古地表的強烈的碳13耗損特徵將表明過去的微生物消耗了微生物產生的甲烷。古代火星可能有大量的甲烷從地下釋放出來，那裡的甲烷生產在能量上是有利的。然後，釋放的甲烷要么被表面的微生物消耗掉，要么跟紫外線反應，直接沉積在表面。

然而根據研究人員的說法，目前在過去的火星地貌上沒有表面微生物的沉積證據，因此論文中強調的生物解釋依賴於紫外線將碳13信號放到地面上。

“所有這三種可能性都指向一個不尋常的碳循環，不同於今天地球上的任何東西，”House解說道，“但我們需要更多的數據來弄清楚其中哪一個是正確的解釋。如果漫遊車能探測到一個大的甲烷羽流並測量其中的碳同位素就好了，雖然有甲烷羽流，但大多數都很小，且沒有漫遊車對一個大到可以測量同位素的甲烷羽流進行採樣。”

另外，House還指出，發現微生物墊層的遺跡或冰川沉積的證據也可能有點兒使事情變得更清楚。

“我們正在謹慎地進行解釋，這是在研究另一個世界時最好的做法，”House說道。

好奇號仍在收集和分析樣本並將在約一個月後回到它在這項研究中發現一些樣本的基座。

“這項研究完成了火星探測的一個長期目標，”House說道，“測量不同的碳同位素–最重要的地質學工具之一–來自另一個宜居世界的沉積物，而且它是通過觀察9年的探索來實現的。”