美国国家航空航天局的好奇号探测车测量火星上有趣的碳特征

在分析了美国国家航空航天局“好奇号”火星车从火星表面采集的粉状岩石样本后，科学家们今天宣布，其中一些样本富含一种碳，这种碳在地球上与生物过程有关。

虽然这一发现很有趣，但它并不一定指向火星上的古代生命，因为科学家们还没有发现火星上古代或当前生物学的确凿证据，比如古代细菌产生的沉积岩层，或者生命形成的多种复杂有机分子。

保罗•马哈菲说：“我们在火星上发现了非常有趣的东西，但我们真的需要更多的证据来证明我们已经发现了生命。“因此，我们正在研究是什么导致了我们所看到的碳信号，如果不是生命的话。”

这张照片显示了美国国家航空航天局的“好奇号”火星车在火星盖尔陨石坑的维拉•鲁宾山脊上采集样本时所做的海菲尔德钻孔。来自该钻孔的钻头粉末富含碳12。这张照片是由火星手动镜头成像仪在任务的第2247个火星日拍摄的。

在1月18日发表在《美国国家科学院院刊》上的一份研究报告中，“好奇号”的科学家们对他们检测到的异常碳信号提出了几种解释。他们的假设部分来自地球上的碳特征，但科学家警告说，这两颗行星差异很大，无法根据地球上的例子得出明确的结论。

参与碳研究的戈达德天体生物学家詹妮弗•L•艾根布罗德说：“最困难的事情是放开地球，放开我们的偏见，真正努力了解火星上化学、物理和环境过程的基本原理。”此前，Eigenbrode领导了一个由“好奇号”科学家组成的国际团队，在火星表面探测到了无数含有碳的有机分子。

Eigenbrode说：“我们需要敞开心扉，跳出框框思考，这就是这篇论文所做的。”

“好奇号”科学家在论文中提出的生物学解释受到了地球生命的启发。它涉及表面的古老细菌，当它们将甲烷释放到大气中时，会产生一种独特的碳特征，紫外线会将甲烷转化为更大、更复杂的分子。这些新分子会像雨点一样降落到火星表面，现在可以在火星岩石中保留其独特的碳特征。

另外两个假说提供了非生物学的解释。有人认为，碳信号可能是由于紫外线与火星大气中的二氧化碳气体相互作用，产生了新的含碳分子，这些分子会沉积在火星表面。另一种推测认为，这些碳可能是数亿年前太阳系穿过一个富含检测到的碳类型的巨大分子云时发生的一次罕见事件留下的。

“这三种解释都符合数据，”宾夕法尼亚州立大学好奇号科学家克里斯托弗•豪斯说，他领导了这项碳研究。“我们只是需要更多的数据来排除它们。”

为了分析火星表面的碳，豪斯的团队在SAM实验室内使用了可调谐激光光谱仪（TLS）仪器。SAM将来自盖尔陨石坑地质不同位置的24个样本加热至约1500华氏度或850摄氏度，以释放内部气体。然后TLS测量了加热过程中释放的一些还原碳的同位素。同位素是由于中子数量不同而具有不同质量的元素的原子，它们有助于理解行星的化学和生物进化。

碳特别重要，因为这种元素存在于地球上的所有生命中；由于同位素测量，它在空气、水和地面中以一种众所周知的循环不断流动。

例如，与较重的碳13原子相比，地球上的生物使用较小、较轻的碳12原子来代谢食物或进行光合作用。因此，古代岩石中的碳12明显多于碳13，以及其他证据表明，科学家们正在研究与生命相关的化学特征。观察这两种碳同位素的比例有助于地球科学家判断他们所观察的生命类型及其生活的环境。

在火星上，“好奇号”的研究人员发现，与科学家在火星大气和陨石中测得的碳含量相比，他们近一半的样本中含有惊人的大量碳12。研究人员报告称，这些样本来自盖尔陨石坑的五个不同位置，这可能与所有位置都有保存完好的古老表面有关。

豪斯说：“在地球上，产生我们在火星上探测到的碳信号的过程是生物过程。”“我们必须了解同样的解释是否适用于火星，或者是否有其他解释，因为火星非常不同。”

火星之所以独特，是因为它的碳同位素组合可能与45亿年前的地球不同。火星更小，更凉爽，引力较弱，大气层中有不同的气体。此外，火星上的碳可能在没有任何生命参与的情况下循环。

华盛顿特区卡内基科学研究所的好奇号科学家安德鲁•斯蒂尔说：“地球上有很大一部分碳循环涉及生命，因为生命，地球上有很多碳循环我们无法理解，因为我们看到的每一个地方都有生命。”

这幅马赛克是由美国国家航空航天局好奇号火星车上的桅杆相机在任务的第2729个火星日拍摄的图像制成的。它展示了盖尔陨石坑中的史汀生砂岩地层的景观。在这个大致的位置，“好奇号”钻了爱丁堡的钻孔，其中的样本富含碳12。

斯蒂尔指出，科学家们正处于了解火星上碳循环的早期阶段，从而了解如何解释同位素比率以及可能导致这些比率的非生物活动。“好奇号”于2012年抵达这颗红色星球，是第一辆拥有研究表面碳同位素工具的火星车。其他任务收集了有关大气中同位素特征的信息，科学家们测量了在地球上收集的火星陨石的比例。

斯蒂尔说：“定义火星上的碳循环绝对是了解生命如何融入碳循环的关键。”“我们在地球上已经非常成功地做到了这一点，但我们才刚刚开始为火星定义这种循环。”

“好奇号”的科学家将继续测量碳同位素，看看当火星车访问其他被怀疑保存完好的古代表面的地点时，它们是否得到了类似的信号。为了进一步验证涉及甲烷产生微生物的生物学假设，好奇号团队希望分析从表面释放的甲烷羽流的碳含量。火星车在2019年意外地遇到了这样的羽状物，但无法预测这种情况是否会再次发生。除此之外，研究人员指出，这项研究为美国国家航空航天局毅力号火星车的团队提供了最佳样本类型的指导，以确认碳特征，并确定其是否来自生命。毅力号正在从火星表面收集样本，以备将来返回地球。

“好奇号”的任务由美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室领导；JPL由加州理工学院管理。

横幅图片：美国国家航空航天局的好奇号火星车在2021年3月19日日落后捕捉到了这些云层，这是火星车任务的第3063个火星日。该图像由21个单独的图像拼接在一起并进行颜色校正，以使场景看起来像人眼一样。学分：NASA/JPL加州理工学院/MSS