在地球上,甲烷排放是生命存在的标志,甲烷是一种有机化合物,分子式是CH₄,分子量为16.043。甲烷是最简单的有机物,也是含碳量最小(含氢量最大)的烃。
通常一只动物个体每天会排放250-300升的甲烷,人每天也在排放甲烷,植物和落叶都产生甲烷,而生成量随着温度和日照的增强而增加,其中,反刍类动物甲烷排放量非常高。
以美国为例,美国目前有8800万头牛,而牛放屁、打嗝和排便所产生的甲烷量,远远超过了来自垃圾填埋场、天然气泄漏甚至水力压裂过程的甲烷。
地球大气中始终存在的氮和甲烷,是生物不断释放的结果。由于氧的存在和闪电的作用,氮气会变成可溶解于水的硝酸并随降雨落到地面,而甲烷则转化成二氧化碳和水。所以,地球上如果没有持续的生物释放,其大气中的氮和甲烷终将消失。
但是美国在火星上发现了甲烷,美国宇航局(NASA)的“好奇”号火星车在火星北半球的夏季探测到了大气中的甲烷气体峰值,从2021年降落火星以来,2012年8月6日成功降落在火星表面,对火星上盖尔环形山内的夏普山(Mount Sharp)进行考察。
好奇号后来无意中探测到了北半球春季大气甲烷的神秘峰值。这让美国宇航局的科学家十分吃惊,随后,科学家利用好奇号上的火星样本分析仪(SAM),对火星大气中的甲烷进行了十几次探测,科学家发现随着季节的变化,火星大气层中的甲烷含量有增有减,并在北半球的夏季达到顶峰,每年在火星大气中流动的大约有200吨的甲烷气体,相对而言,地球大气中每年有十亿吨甲烷循环流动。
甲烷含量的短暂提升,也就是迅速上升然后又回落下来,意味着周围必定存在甲烷的源头。所以科学家就利用好奇号在一块被称为Cumberland的岩石上钻孔,并在钻出的岩石粉末中检测到了其他火星有机化合物,这是在火星表面首次确凿无疑地检测到有机物。这些火星有机物有可能是在火星上形成的,也有可能是由陨石带到火星上去的。
要辨明岩石中的火星有机物到底是哪种化合物,这是相当复杂的,因为火星的岩石和土壤中存在高氯酸盐。当样本在SAM中被加热时,高氯酸盐会改变有机物的结构,如果要明确了解有机物成分,除非将岩石成本带回。
好奇号的发现,在科学界引起了一阵风暴,火星与地球十分相似,火星过去也存在有过液态水,而且是大片海洋,但为什么如今却是一颗环境恶劣的沙漠星球。之所以火星会变成这样,科学家称,在40亿年前曾有一个与类似地球的磁场,随后发生了一个大事件使得火星磁场消失了,仅剩下一个贫瘠的星球完全暴露在太阳致命的辐射之下,从而变成了如今的沙漠星球。
这组图片重现了“好奇号”火星车着陆的夏普山地区经历过的地质历史。图片来源:NASA
甲烷的发现,科学家认为,会不会存在这样的可能性,在磁场消失之后,一些微生物并没有灭绝,而是还在顽强生存发展。因为这颗红色星球上的化学反应会分解这种气体。而火星在今天依然存在甲烷的事实表明,该行星上仍有某种物质在将这种气体持续送入大气层。
因为地球上也存在着嗜极菌,可以在如高温、低温、高压、高酸、高碱、高盐、高渗、干旱以及含高浓度的有机溶剂、重金属或其他有毒物质的环境或高辐射环境等生存。
微生物(包括那些生活在牛羊肠道内的微生物)是地球绝大多数甲烷的缔造者,火星上的甲烷或许也来自微生物——或是当代的微生物,抑或是古微生物,它们生成的甲烷被储藏在火星地表下。
不过,也有一些科学家认为,这些甲烷的出现是因为火星的地质活动,意大利国家地球物理学与火山学研究所的朱塞佩·埃蒂奥佩说:“由于永久冻土能很好地封存甲烷,这里的冰层可能会锁住地下的甲烷,然后沿冰层断裂带不定期将其释放出来。”
除此之外,这些甲烷喷发也可能是因为陨石冲击导致封存地底的气体被释放出来。而某些类型的岩石和水之间的反应,也可能生成甲烷。
还有一些科学家提出甲烷峰值的来源可能是因为掉落的小流星弹—— 一颗行星穿过彗星的轨道时,会扫过彗星上富含碳的尘埃和碎片。但这个说法遭到了许多科学家的质疑,大气反应可能不会发生得那么快,而且流星雨带来的物质不会比星际尘埃的背景通量多多少。
目前,关于火星甲烷的来源还在讨论之中,要想彻底解决这一个问题,就必须要等到人类实现载人登陆火星。
按照美国宇航局的计划,它们打算2033年登陆火星。宇航员至少要在火星上生存两年,原因是地球和火星每26个月处在太阳的同一侧,打开往返火星的发射窗口。
而前段时间发射的毅力号,则是为了带回火星土壤而做准备。如果有可能的话,毅力号还将通过自身携带的小火箭将火星土壤样本送回地球,这将让人类对火星有一个更进一步的了解!