美國宇航局的“好奇號”火星探測器於2018年1月在火星上拍攝了這幅自畫像，蓋爾隕石坑的邊緣在地平線上若隱若現。
通過近6年來對一個名為蓋爾的火星隕石坑的調查中,美國宇航局好奇號已經交付的最大發現追求可居住和生活的跡象:火星岩石中豐富的有機分子,和最簡單的有機分子,通過分析空氣稀薄的火星甲烷季節性的變化。在地球上，這種富含碳的化合物是生命的基石之一。
這兩項發現都來自於好奇號在火星（SAM）儀器上的樣品分析，這是一個小型化學實驗室和烤箱，烘烤著空氣、岩石和泥土的大量氣體，以嗅出每個樣本的組成分子。在探測器上的烤箱裡，古代泥岩的樣本產生了多樣性的有機分子。在另一項研究中，SAM收集了5年的大氣樣本，追蹤了在火星夏季達到峰值的甲烷水平。研究結果發表在週四科學雜誌上的兩篇論文中。
儘管這兩項研究結果很誘人，但在火星上的過去或現在的生命中，這兩項發現仍遠未確定。甲烷在氣體巨行星的大氣層中無處不在。它也可能來自於流動的水和熱巖之間的無生命的相互作用，而其他簡單的有機分子則存在於一些隕石和星際氣體雲中。噴氣推進實驗室的化學家、甲烷研究的主要作者克里斯韋伯斯特說：“除了在火星岩石上拍下化石的照片，在那裡找到生命是極其困難的。”他是噴氣推進實驗室的化學家，也是甲烷研究的主要作者。
火星的失蹤的碳
火星上有有機分子並不奇怪，就像我們太陽系中的每一個行星一樣，它接收到一場穩定的“降雨”，含有大量的碳元素和來自太空的塵埃。然而，當美國宇航局的孿生海盜探測器於1976年登陸火星時，他們的研究表明了一些令人吃驚的事情：火星土壤似乎比沒有生命的月球岩石含有更少的碳。“這是一個巨大的驚喜，”一位天體生物學家，同時也是法國的大氣、媒體、空間觀察實驗室（LATMOS）的“好奇號”泥石研究的合著者Caroline Freissinet說。“不幸的是，它減慢了整個火星計劃。”
從那以後，科學家們一直在熱切地尋找火星上缺失的碳——或者至少是對它的消失的解釋。一個關鍵的線索出現在2008年，當時美國宇航局的鳳凰號著陸器在火星北極附近的土壤樣本中發現了高氯酸鹽——高活性的含氯的分子。再加上高能的紫外線和來自太空的宇宙射線，高氯酸鹽會破壞表面上的任何有機物質，而尋找碳的著陸器和漫遊者幾乎沒有什麼可看的。也許，一些研究人員推測，火星剩下的有機物——以及任何過去或現在的生命跡象——都被鎖在了地下深處。
然而，在2015年，“好奇號”首次對火星上的有機分子進行了試探性的檢測，發現在SAM的土壤樣本中發現了含有氯汙染的碳化合物的證據。但在探測器的任務早期，研究人員發現富含碳的化學試劑從SAM的一些成分中洩露出來，可能會汙染附近的樣本。為了對抗汙染，“好奇號”團隊專注於尋找更多含氯的有機物，並將隨後的SAM跑到200至400攝氏度的溫度。
在他們的新工作中，團隊檢查了這個限制過程可能遺漏了什麼。在仔細考慮了SAM的汙染背景後，Freissinet和她的同事們在超過500攝氏度的溫度下烘烤了30億年前的泥岩樣品，在這個溫度下，高氯酸鹽應該被完全燒掉。在剩下的灰燼中，他們發現了硫代——相對較小和簡單的環狀分子，含有碳和硫。人們認為，後一種元素來自一種含硫豐富的礦物，叫做jarosite，之前的好奇心調查已經在蓋爾隕石坑中發現了35億年前的沉積物，當時隕石坑是溫暖的，潮溼的，而且顯然是適宜居住的。研究人員懷疑，這些噻苯的碳來自於尚未被發現的更大的有機分子，這些分子已經被困在了賈洛斯的內部，可能長達數十億年。
儘管這一最新發現是拼湊在一起的，但卡內基科學研究所的地球化學家喬治科迪卻沒有參與這項工作，他認為這是一個令人印象深刻的進步。他說，這些較大的分子的存在，暗示著保存在火星表面之下的保存完好的碳儲藏庫——這一前景為未來的任務收集樣本並將其帶回地球提供了支持。他說：“如果你能在火星上做到這一點，想象一下你能用我們在地球上的分析設施做些什麼。”
甲烷的峰值和變化的季節
與此同時，“好奇號”已經進行了韋伯斯特所說的“迄今為止對火星甲烷的最重要測量”。“含碳氣體是很重要的，因為地球上的大多數甲烷都是由甲烷原微生物產生的，這種微生物在氧氣貧乏的環境中很常見。甲烷也很快被紫外線輻射破壞，所以在火星上發現的任何氣體都可能是最近才被釋放出來的。通過使用SAM，韋伯斯特和他的同事們在過去的五年中，在蓋爾環形山的大氣中發現了一個持續存在的甲烷的背景水平，大約是每十億分之一，這是一個難以察覺的痕跡，但足以激起天體生物學家的興趣。引人注目的是，甲烷的濃度似乎週期性地隨著火星季節的變化而上升，在陽光燦爛的夏季比在更黑暗、更寒冷的冬天要高出三倍。
這個週期性對韋伯斯特來說是他團隊的最激動人心的部分。之前的研究已經發現火星上有零星的甲烷羽流，但從未發生過季節性的事件。“這就像你的車出了問題，”他說。“如果它不重複，你就不知道它是什麼。”他和他的同事們推測，甲烷可能來自於火星夏季的蓄水層，釋放出的水在地下深處流動，以產生新的氣體。或者它可能是古老的，在數十億年前由地質或生物過程產生，然後被困在冰和岩石的矩陣中，當被太陽加熱時解凍。當然，即使在今天，火星上的產甲烷生物仍然有可能在星球的地下沉睡，在克萊門特時期週期性地醒來，產生它們的氣體卡。
其他沒有參與這項研究的科學家對研究發現在尋找生命中的重要性進行了褒貶不一的評價。美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體生物學家Michael Mumma認為這些測量是很重要的，並說他們為他的獨立（和有爭議的）火星甲烷羽的探測提供了地面上的證據，使用了地球上的望遠鏡。但是，在美國宇航局約翰遜航天中心負責宇宙塵埃收集工作的行星科學家馬克弗里斯，持一種更為懷疑的觀點。他指出，富含碳的隕石和塵埃可能會在進入火星大氣時產生甲烷含量，而年復一年的週期性與火星季節的時間並不完全一致。“基於現有證據的嚴格方法從科學負責的默認解釋開始，即火星一直都是沒有生命的，”弗里斯說。“對一個假設進行檢驗，需要非常有力的證據。”“這樣的測試可能很快就會通過歐洲和俄羅斯的ExoMars追蹤氣體軌道器的數據來實現。”它於2016年抵達火星，目前正在將甲烷和其他氣體的濃度從較高的地方繪製出來。
韋伯斯特說，他對不同的解釋沒有偏好，他認為要得出最終結論還需要很長時間。Freissinet指出，這種漸進的進展是NASA火星探測計劃的全部意義所在。“這是一步一步的，”她說。“這些是任務後的使命。”
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