NASA的好奇号火星车在2021年3月19日日落后拍摄到这些云,这是火星探测器任务的第三千零六十三火星日。该图像由21个单独的图像拼接在一起,并进行颜色校正,以使场景看起来就像人眼看到的一样。
影像来源:NASA/Caltech-JPL/MSSS

在分析了NASA好奇号火星车从火星表面采集的粉状岩石样本后,科学家今天宣布,其中几个样本富含一种碳,这种碳在地球上与生物过程有关。

尽管这一发现很有趣,但它并不一定指向火星上的古代生命,因为科学家们尚未发现确凿的支持证据,证明火星上存在古代或现代生物,例如古代细菌产生的沉积岩层,或复杂有机物的多样性生命形成的分子。

“我们在火星上发现的东西非常有趣,但我们真的需要更多的证据来证明我们已经发现了生命。”保罗·马哈菲说。他曾担任好奇号火星样品分析(SAM)化学实验室的首席研究员,直到2021年12月从马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心退休。“因此,我们正在研究如果不是生命的话,还有什么可能导致我们看到的碳特征。”

在他们将于1月18日在《美国国家科学院院刊》上发表的研究报告中,好奇号科学家对他们检测到的不寻常的碳信号提供了几种解释。他们的假设部分是基于地球上的碳信号,但科学家警告称,这两个行星是如此不同,他们无法根据地球上的例子得出明确的结论。

“最困难的事情是放开地球,放开我们的偏见,真正尝试了解火星上的化学、物理和环境过程的基本原理。”参与碳研究的戈达德天体生物学家詹妮弗·艾格布罗德说。此前,艾格布罗德带领好奇号科学家组成的一个国际团队在火星表面探测到无数的有机分子,这些分子中含有碳。

“我们需要打开我们的思想,跳出固有的思维模式,”艾格布罗德说,“这就是这篇论文所做的。”

好奇号科学家在他们的论文中提出的生物学解释受到地球生命的启发。它涉及地表中的古老细菌,当它们将甲烷释放到大气中时,它们会产生独特的碳特征,而紫外线会将这种气体转化为更大、更复杂的分子。这些新分子会像雨点一样降落到地表,现在可以在火星岩石中以其独特的碳特征保存下来。

好奇号科学家在他们的论文中提出的生物学解释受到了地球生命的启发。它涉及到地表中的古老细菌,当它们将甲烷释放到大气中,紫外线将甲烷转化为更大、更复杂的分子时,它们可能会产生一种独特的碳特征。这些新分子如雨点般降落到火星表面,现在我们可以找到保存在火星岩石中独特的碳标记。

另外两个假设提供了非生物学的解释。一种观点认为,碳特征可能是由紫外线与火星大气中的二氧化碳气体相互作用产生的,产生了新的含碳分子,这些分子会沉降到火星表面。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罕见事件留下的。

为了分析火星表面的碳,豪斯的团队使用了SAM实验室内的可调谐激光光谱仪(TLS)仪器。SSAM将来自火星盖尔陨石坑不同地质位置的24个样本加热到约1500华氏度(850摄氏度),以释放其中的气体。然后TLS测量了一些在加热过程中被释放的还原碳的同位素。同位素是由于中子数量不同而具有不同质量元素的原子,它们有助于理解行星的化学和生物演化。

碳元素尤其重要,因为地球上所有生命中都有碳元素;它在空气、水和地面之间不断地循环流动,同位素测量方法使我们很好地理解了这一点。

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,远古岩石中的碳12明显多于碳13,此外还有其他证据表明,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了解他们所观察的生命类型以及它们所生活的环境。

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量的数据相比,他们的样本中近一半含有惊人的大量碳12。研究人员报告说,这些样本来自盖尔陨石坑的五个不同地点,这可能是因为所有地点都有保存完好的古代表面。

“在地球上,会产生我们在火星上检测到的碳信号的过程是生物过程,”豪斯说。 “我们必须了解相同的解释是否适用于火星,或者是否还有其他解释,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、更冷、重力更弱,大气中的气体也不同。此外,火星上的碳可以在没有任何生命参与的情况下循环。

华盛顿卡内基科学研究所的好奇科学家安德鲁·斯蒂尔说:“地球上有很大一部分碳循环涉及生命,因为生命,地球上有很大一部分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。”

这幅马赛克拼图是由NASA的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。它显示了盖尔陨石坑中斯汀森砂岩形成的地貌。好奇号在这个一般的位置钻了一个爱丁堡钻孔,从中提取的样本富含碳12。
影像来源:NASA/Caltech-JPL/MSSS

斯蒂尔指出,对于火星上碳循环的理解,以及如何解释同位素比率和导致这些比率的非生物活动,科学家们还处于早期阶段。好奇号于2012年抵达火星,是第一个携带工具研究火星表面碳同位素的探测器。其他的任务已经收集了大气中同位素特征的信息,科学家已经测量了在地球上收集到的火星陨石的比例。

“定义火星上的碳循环绝对是试图了解生命如何适应该循环的关键,”斯蒂尔说。“我们在地球上确实成功地做到了这一点,但我们才刚刚开始为火星定义碳循环。”

好奇号科学家将继续测量碳同位素,看看当火星车访问其他疑似保存完好的古代表面时,是否会得到类似的特征。为了进一步测试有关产甲烷微生物的生物学假设,好奇号团队希望分析从火星表面释放出来的甲烷烟羽中的碳含量。火星车在 2019 年意外地遇到了这样的羽流,但无法预测这种情况是否会再次发生。此外,研究人员指出,这项研究为NASA毅力号火星车背后的团队提供了指导,帮助他们收集最佳样本类型,以确认碳特征,并确定它是否来自生命。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NASA位于南加州的喷气推进实验室(JPL)领导; JPL 由加州理工学院管理。

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-s-curiosity-rover-measures-intriguing-carbon-signature-on-mars

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