火星上有生命吗？尚不确定。但科学家在这颗红色星球的岩石中发现了古老的有机物质。

几十年来，科学家们一直在火星上寻找有机物质，自从海盗号任务期间积极测试这颗红色星球的土壤以来。此后的几年里，火星车、望远镜和着陆器都嗅出了可供追踪的踪迹——大气中甲烷含量的峰值、古老岩石中存在有机物的迹象——他们执着地追寻着这样一个问题：与地球上占主导地位的有机分子相似的有机分子是否也存在于我们的邻近星球上。

今天发表在《科学》杂志上的两项研究提出了令人兴奋的新发现：在 35 亿年前的岩石中检测到有机物质，以及火星大气中甲烷的季节性变化。

首先：不，这两项发现都不意味着我们在火星上发现了生命，无论是最近的还是古老的。这是一个大胆的说法，需要更多的数据和证据来证实。但这些发现确实给研究火星上是否曾经存在生命问题的研究人员带来了希望，他们有一天可能会找到答案。

这两项研究都使用了火星样本分析仪器套件（但您可以称之为 SAM）。美国宇航局喷气推进实验室的科学家、甲烷论文的主要作者克里斯·韦伯斯特 (Chris Webster) 将其描述为“毫无疑问是有史以来发送到地球外最先进的化学实验室”。它能够处理气体和岩石样本，使研究人员能够拼凑出更多关于火星过去和现在存在的信息。以下是他们发现的内容。

有机物

“有机只是意味着以碳为基础，”莱斯大学行星地质学家 Kirsten Siebach 说道，她没有参与这两项研究。“碳本身并不能告诉我们它的来源是什么——它可能是由陨石带来的无机来源，也可能来自火星上的火山。然而，它是生命形成和生长的关键成分。”

研究人员使用 SAM 仪器加热从 35 亿年前的湖床收集的岩石钻孔。

“我们将这种粉末放入烤箱加热，”论文作者之一 Dawn Sumner 说道，这就像走进厨房，看到有人在烤饼干。“比如说有人把饼干放进烤箱。我能闻到巧克力饼干的味道，它与鸡肉或墨西哥粽子的味道不同。同样，你可以闻到烤箱里散发出的有机化合物的味道，从而更了解烤箱里的东西。”

当然，火星岩石的成分比巧克力曲奇更难识别。这些化合物散发出的气味更难确定，尤其是因为它们不是一种单一的、容易识别的化合物。

“想象一下，你有一个巨大的分子，所有这些碎片都通过化学键粘合在一起。当你加热这个样本时，大分子的碎片会被分解，气体会顺着管道被吹到仪器中，”美国宇航局喷气推进实验室的科学家、有机物质论文的主要作者詹妮弗·艾根布罗德解释说。“这就是仪器所看到的——样本中更大物质的碎片。”

艾根布罗德和其他人仍然不完全确定那些较大的有机分子是什么。他们还试图弄清楚这些分子是如何在超过 30 亿年的时间里保存得如此完好的。

有机分子通常无法存活很长时间，遇到水、辐射或极端高温高压时就会分解。但尽管火星确实受到大量辐射的轰击，但它并不像地球那样湿透，而且与我们自己活跃的星球不同，火星的岩石不会因板块构造而不断搅动和循环——这让这种有机物质（无论它是什么）更有机会存活下来。

艾根布罗德和她的团队煞费苦心地确保他们所看到的确实是有机物质。

“大约一年前，我第一次意识到我们确实发现了一些问题，然后就想‘如果数据告诉我们的是我们的想法，我们最好确认一下’，”艾根布罗德说。她一遍又一遍地重复测试，确保结果可重复。

“我做了三次，”她笑着说。“因为这是一个非常大的发现，而且涉及大量的数据处理，因为我们查看了很多不同的样本。当我终于意识到这一点时，我感到敬畏。我们从 1976 年起就一直在寻找这种有机物质。”

再次强调，这并不意味着这些是 35 亿年前微生物的化石遗骸。它们可能是古代微生物吃过的东西，也可能根本没有微生物。这些分子可能纯粹是由大气或地质过程形成的，比如火山活动或陨石撞击。

但好奇号团队最终确认了有机物这一事实仍然很重要，即使这不是生命的证据。

“如果曾经存在生命，通常很难找到，但我们现在知道，当时的条件非常适合生命保存。我们可以重新振作起来，寻找这一具体证据，”西巴赫说。

甲烷

当艾根布罗德和她的团队专注于好奇号履带下的岩石时，另一个团队正忙于解决一个棘手的问题，这个问题与这辆 SUV 大小的火星车周围的空气有关，更具体地说，是其中的一种气体。

“甲烷是最简单的有机分子，在地球上，它主要被认为是来自地球表面生命的生物气体，”美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究科学家、论文作者梅丽莎·特雷纳说。“火星上已经探测到了可变甲烷，但十多年来我们一直无法理解它。在多次任务中，我们一直无法理解[甲烷]的出现、消失和行为。”

早期对火星甲烷的观测是通过夏威夷地面望远镜测量这些羽状物得出的。随后，一个名为“火星快车”的轨道飞行器进行了长时间的测量，慢慢估算出了火星上甲烷的丰度。但直到“好奇号”通过空中起重机降落后，韦伯斯特和同事等研究人员才首次对火星上的甲烷进行了现场测量。

“我们已经能够在火星上观察数年，这是前所未有的，”特雷纳说。他们发现大气中的甲烷随季节变化很大，在北半球夏末达到峰值，然后下降。大气中甲烷的季节性变化范围在 0.24 至 0.65 ppb 之间

好奇号位于盖尔陨坑，靠近火星赤道。但即使在那里，火星车也拥有良好的观测点来监测火星的季节变化。“就季节变化而言，我们有点像夏威夷，”韦伯斯特说。“我们当地没有明显的季节影响，但即使是当地，温度变化也相当明显，从夏天到冬天，温度可能有 30 摄氏度。因此，地表温度和气温变化很大。”

此外，火星大气很容易混合，火星某部分的变化会影响其他区域。除了监测甲烷，SAM 仪器还监测了其他更易理解的气体的存在，包括氮气、氩气和二氧化碳。火星上的氮气和氩气也往往随季节变化，当两极经历冬季时，它们会被推来推去。此时，大气中的二氧化碳会冻结，落到极地冰盖上。“大气中多达三分之一的质量会冻结。如果这种情况发生在地球上，我们会真正注意到，”特雷纳说。“当这种情况发生时，大气中其他气体会与_二氧化碳一起被推来推去。”

随着_{二氧化碳的}冻结和升华，氩气和氮气的浓度增加，但甲烷却发生了截然不同的变化。尽管甲烷在大气中的含量很少，但其增加和减少的程度与观察到的二氧化碳变化并不相符。

这些仪器在地球五年内探测到的甲烷数量太大，不可能仅由陨石带来的甲烷组成，陨石是火星上甲烷气体的一个潜在来源。研究人员还排除了甲烷读数可能来自火星车本身活动的可能性。大气中甲烷含量的季节性变化虽然与地球标准相比很小，但足以让研究人员在看到它时感到惊讶。

研究小组认为，甲烷可能来自火星某处的地下储层，通过裂缝和通风口泄漏出来。他们不确定这个储层（或多个储层）可能在哪里，以及它们可能以何种形式存在。在地球上，大量的甲烷被困在笼状物中——笼状物是一种冰笼，可以锁住甲烷等气体。火星上可能也存在类似的沉积物。但从未有人在火星上观察到笼状物，因此它们的可能性尚不明确。

耐心和好奇心

虽然这两项研究对公众来说都是新鲜事，但研究人员早在几年前就开始收集数据了。艾根布罗德将等待的过程描述为“带着牵绳的期待”，韦伯斯特也有过类似的经历。

“我们的惊喜必须持续五年。我会在夏天观察点的上升，然后我们实际上不得不等待两年地球时间，才能回到火星的夏天，看看点是否再次上升——结果确实如此。这需要很大的耐心，”韦伯斯特说。

两个小组都计划使用好奇号继续进行分析，但他们也期待其他结果。

“这真是太令人兴奋了，在火星上，一辆配备这些功能的汽车驶过火星表面，我们能够找到这种保存完好的有机物质，”西巴赫说，“这确实说明，如果古代生命存在的话，我们有更高的机会找到它们的证据。”

由于机械故障，好奇号无法进行钻探，因此在分析岩石样本方面，它经历了一段停滞期。今年早些时候，NASA 设法让钻探重新上线，西巴赫等研究人员期待着从盖尔陨坑的其他地点收集和分析更多样本，据估计，这些样本比本文研究的岩石年轻一百万年。

下一个火星探测任务“火星 2020”也将采集岩石样本。但它不会在现场分析所有样本，而是会收集样本，准备将它们送回地球给科学家。机器人会将一些样本装入一个特制的胶囊中，以确保它们在最终被送往地球更先进的实验室的过程中安全无虞。“如果我们能带回我们在样本中发现的任何东西，我们就能在地球上对其进行更详细的分析，而不需要加热太多，希望能找到任何关于这些有机分子是什么样的证据，”Siebach 说。

韦伯斯特感兴趣的是，如果火星探测车遇到大量甲烷羽流，会发生什么情况。这些甲烷羽流中可能含有足够的物质，可供研究小组检测气体中的碳同位素比。这可以告诉他们甲烷是否可能来自生物。

他还期待着看到欧洲航天局的痕量气体轨道器的结果，该轨道器目前在火星轨道上运行。“他们将能够绘制全球甲烷地图，这将是向前迈出的一大步，”韦伯斯特说。“特别是，如果他们发现与火星某些区域（特定地形、悬崖面或峡谷或某些矿物表面）有关的羽状或甲烷斑块，这将是另一个非常重要的下一步。寻找可重复的当地来源将有助于指导未来的任务，因为我们将前往那个地方并对其进行彻底测量。”