美國國家航空暨太空總署（NASA）好奇號火星車最令人驚訝的發現讓科學家們撓頭不已：蓋爾隕石坑表面正在滲出甲烷，而生物產生了地球上大部分的甲烷。但科學家們還沒有在火星上發現令人信服的當前或遠古生命跡象，因此也從沒指望能在那裡找到甲烷。

然而，”好奇號”上的便攜式化學實驗室（即”SAM”或”火星樣本分析”）不斷在蓋爾隕石坑表面附近嗅出甲烷氣體的踪跡，這是迄今為止火星表面唯一檢測到甲烷的地方。科學家認為，甲烷的來源可能是地下深處的水和岩石的地質機制。

南美洲阿爾蒂普拉諾地區的基斯基羅鹽灘上佈滿了鹵水湖，它代表了科學家認為火星蓋爾隕石坑可能存在過的那種地貌，美國宇航局的好奇號漫遊車正在探索火星蓋爾隕石坑。圖片來源：Maksym Bocharov

如果這就是故事的全部，那事情就簡單多了。然而，薩姆發現，甲烷在蓋爾隕石坑的表現出乎意料。它在晚上出現，白天消失。它隨季節波動，有時會飆升到比平常高40 倍的水平。令人驚訝的是，甲烷並沒有在大氣中積聚：歐洲太空總署（ESA）的ExoMars微量氣體軌道器被派往火星專門研究大氣中的氣體，但它並沒有探測到甲烷。

為什麼有些科學儀器能偵測到紅色星球上的甲烷，有些卻偵測不到？

美國太空總署南加州噴射推進實驗室的好奇號計畫科學家阿什溫-瓦薩瓦達（Ashwin Vasavada）說：”這是一個情節曲折的故事。”

甲烷讓火星科學家忙於實驗室工作和電腦建模項目，這些項目旨在解釋為什麼這種氣體表現奇怪，而且只在蓋爾隕石坑被探測到。美國國家航空暨太空總署（NASA）的研究小組最近分享了一個有趣的提案。

這是一個模擬火星岩石樣本，是由碎石和塵埃組成的”土壤”。這是科學家用火星上普遍存在的一種叫做高氯酸鹽的鹽注入的五個樣本中的一個。他們在馬裡蘭州格林貝爾特的美國太空總署戈達德太空飛行中心的火星模擬艙中，將每個樣本暴露在類似火星的條件下。上圖樣本中的脆性團塊表明，由於鹽的濃度太低，該樣本中沒有形成鹽封。資料來源：美國國家航空暨太空總署/亞歷山大-帕夫洛夫

《地球物理研究雜誌》（Journal of Geophysical Research：該研究小組認為，無論是如何產生的甲烷–都可能被封存在火星碎石（由碎石和塵土構成的”土壤”）中可能形成的凝固鹽下。

在位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國太空總署戈達德太空飛行中心的行星科學家亞歷山大-帕夫洛夫的領導下，研究人員認為，當密封件在壓力下裂開時，例如，一輛小型越野車大小的漫遊車駛過密封件時，氣體也會噴湧而出。帕夫洛夫說，考慮到蓋爾隕坑是火星上兩個有機器人在地表漫遊和鑽探的地方之一，研究小組的假設可能有助於解釋為什麼只在蓋爾隕坑檢測到甲烷。 (另一個是傑澤羅隕石坑，美國太空總署的毅力號漫遊車正在那裡工作，但漫遊車沒有甲烷探測儀器）。

這是從火星模擬艙中取出的另一個模擬火星”土壤”樣本。表面被一層堅固的鹽殼密封。亞歷山大-帕夫洛夫和他的團隊發現，樣本在類似火星的條件下放置3 到13 天后，只有當高氯酸鹽濃度達到5%到10%時，才會形成這樣的分層。樣本中央用金屬鎬劃過的地方顏色較淺。淺色表示表層下的土壤更乾燥，樣本從模擬艙中取出後，表層立即吸收了空氣中的水分，變成了棕色。資料來源：美國國家航空暨太空總署/亞歷山大-帕夫洛夫

帕夫洛夫將這一假設的起源追溯到他在2017年領導的一項與此無關的實驗，該實驗涉及在註入鹽分的模擬火星永久凍土（凍土）中培育微生物，而火星永久凍土的大部分都是鹽分。他的同事測試了生活在鹹水湖和地球上其他富鹽環境中的被稱為嗜鹵菌的細菌是否能在火星上類似的條件下茁壯成長。

微生物生長的結果並不確定，但研究人員注意到了一些意想不到的現象：土壤表層形成了一層鹽殼，因為含鹽的冰昇華了，從固態變成了氣態，並留下了鹽。

帕夫洛夫說：「我們當時並沒有多想。」但他想起了2019 年的土壤結殼，當時薩姆的可調雷射光譜儀探測到了無人能解釋的甲烷爆發。 “就在那時，我的腦海中閃現出一個念頭。就在那時，他和一個團隊開始測試能夠形成和破解硬化鹽封的條件。”

好奇號旨在回答這個問題：火星是否曾經有過適當的環境條件來支持被稱為微生物的小生命體？在執行任務的早期，好奇號的科學工具發現了火星上過去宜居環境的化學和礦物證據。它將繼續探索火星可能是微生物生命家園時期的岩石記錄。資料來源：美國國家航空暨太空總署

帕夫洛夫的研究團隊測試了五份永久凍土樣本，其中註入了不同濃度的高氯酸鹽，這種鹽在火星上廣泛存在。 (今天的蓋爾隕石坑可能沒有永久凍土，但這些封印可能是很久以前蓋爾隕石坑更冷更冰的時候形成的）。科學家在美國太空總署戈達德分部的火星模擬艙內將每個樣本暴露在不同的溫度和氣壓下。

團隊定期向土壤樣本下方注入甲烷類似物氖，並測量其下方和上方的氣體壓力。樣本下方的壓力越高，表示氣體被困住了。最終，在類似火星的條件下，只有在高氯酸鹽濃度為5%至10%的樣本中，才會在3 至13 天內形成密封。

這比好奇號在蓋爾隕石坑測量到的鹽濃度高得多。但那裡的碎屑岩富含一種不同類型的鹽礦物–硫酸鹽，帕夫洛夫團隊接下來要測試的是硫酸鹽，看看它們是否也能形成封印。

提高我們對火星上甲烷生成和破壞過程的了解是2022 年NASA 行星任務高級審查提出的一項關鍵建議，而像帕夫洛夫這樣的理論工作對這項工作至關重要。不過，科學家表示，他們還需要更一致的甲烷測量結果。

SAM 每年只嗅探甲烷幾次，因為它的主要工作是從地表鑽取樣本並分析其化學成分。

戈達德的查爾斯-馬萊斯平（Charles Malespin）是SAM 的首席研究員，他說：”甲烷實驗是資源密集型的，因此我們在決定進行實驗時必須非常有策略。”

然而，科學家說，舉例來說，要測試甲烷水平飆升的頻率，就需要新一代的地表儀器，從火星上的許多地方持續測量甲烷。

瓦薩瓦達說：”甲烷方面的一些工作必須留給未來的地表太空船去做，它們更專注於回答這些具體問題。”

編譯來源：ScitechDaily