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據(jù)美國宇航局太空網(wǎng)報道，自從天文學(xué)家?guī)啄昵霸诨鹦谴髿庵邪l(fā)現(xiàn)甲烷以來，他們一直希望查明這些氣體是不是由生命產(chǎn)生的�，F(xiàn)在研究人員正在研發(fā)一種新探測器，可以根據(jù)火星甲烷的重量，追蹤它的源頭。
發(fā)現(xiàn)的第一種有機(jī)化合物
甲烷是在火星上發(fā)現(xiàn)的第一種有機(jī)化合物，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能蘊(yùn)含著多層含義。美國科學(xué)家在1月15日宣布了一項(xiàng)新的分析數(shù)據(jù)，他們再次推測甲烷可能預(yù)示著火星上存在生物活動。美國普林斯頓大學(xué)的圖里斯?昂斯托特(TullisOnstott)說：“因?yàn)榈厍蛏系拇蟛糠旨淄槎际怯缮锂a(chǎn)生的�！�
產(chǎn)烷生物在新陳代謝過程中產(chǎn)生了這種溫室氣體。雖然可能類似的生物體生活在火星土壤中，但是火星甲烷也可能是通過地質(zhì)過程產(chǎn)生的，并不需要生命。昂斯托特和他的同事們正在為將來的一項(xiàng)火星車任務(wù)制造光學(xué)儀器，這項(xiàng)任務(wù)將會解決火星甲烷之謎。這個項(xiàng)目是天體生物學(xué)和技術(shù)手段研發(fā)及任務(wù)概念研究(ASTID)的一部分。
2003年，科學(xué)家利用地球上的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)火星甲烷，后來通過歐洲航天局的“火星快車”飛船得到證實(shí)。雖然火星甲烷的數(shù)量非常少，與地球上每十億份空氣就有1800份甲烷相比，火星上每十億份空氣中僅有10份甲烷，但是火星上的甲烷顯然都集中在赤道附近。因?yàn)檫@些甲烷“云團(tuán)”僅需一年時間就會散開，因此，火星上的甲烷來源一定非常集中，而且是源源不斷產(chǎn)生甲烷氣體。昂斯托特說：“要使甲烷在火星上呈現(xiàn)出來，就必須不斷產(chǎn)生甲烷�！睋�(jù)昂斯托特估計(jì)，這個局部地區(qū)產(chǎn)生的甲烷的數(shù)量，跟地球上的南極永凍層產(chǎn)生的甲烷數(shù)量一樣，南極永凍層是地球上的4大溫室氣體來源之一。
生命喜歡更輕的同位素
火星上的什么東西會產(chǎn)生這么多甲烷呢？雖然產(chǎn)生甲烷的途徑多種多樣，但是最后的答案是生物體或者非生物來源。非生物甲烷是在地下的高溫高壓環(huán)境下產(chǎn)生的。雖然地質(zhì)過程可以產(chǎn)生甲烷，但是氫氣和二氧化碳等一些帶碳分子的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，也會形成甲烷。
甲烷可以直接通過火山或者裂縫進(jìn)入大氣�；蛘咚鼤簳r被像冰一樣的物質(zhì)封鎖起來，等到溫暖季節(jié)，就會慢慢從這些物質(zhì)中逃逸出來。其中的主要選項(xiàng)是，火星產(chǎn)烷生物利用這顆行星上的氫和二氧化碳等分子成分，在酶的幫助下生成甲烷。昂斯托特說：“酶在更低的溫度下，可以發(fā)揮跟在地球上一樣的功能，產(chǎn)生更多甲烷�！爆F(xiàn)在，火星上通過生物途徑生成甲烷的過程可能仍在進(jìn)行。或者它在很久以前已經(jīng)結(jié)束，我們看到的甲烷，可能都是以前被儲存起來的。
有一種方法可以不通過從土壤中尋找生命跡象，來確定火星甲烷的來源。這種方法涉及到所有甲烷并不是通過一種方法產(chǎn)生的事實(shí)。甲烷的構(gòu)成成分以不同的形式存在，這種形式被稱作同位素，不同同位素的質(zhì)量是不一樣的。地球化學(xué)并不太挑剔，它會利用任何一種同位素生成甲烷。然而生命喜歡消耗更輕的同位素。昂斯托特說：“與較輕的化合物發(fā)生反應(yīng)時，酶促過程會更快�！敝劣诋a(chǎn)烷生物，它們將選擇帶氫和碳12的分子。這樣，生物甲烷將比非生物甲烷更輕。然而令人感到沮喪的是，火星上可能還存在吃甲烷的生物體。這些所謂的嗜甲烷菌(methanotroph)對質(zhì)量較輕的甲烷比較偏愛，因此它們可能在不斷清除掉產(chǎn)烷生物活動留下的跡象。然而昂斯托特認(rèn)為，甲烷同位素豐度的變化，可能標(biāo)志著火星上存在一個生物甲烷循環(huán)過程。
如何發(fā)現(xiàn)生物甲烷
昂斯托特表示，通常情況下，有兩種方法可以發(fā)現(xiàn)甲烷同位素豐度。第一種方法要用到質(zhì)量分光計(jì)，這種分光計(jì)可以利用電磁場，把不同的同位素分開。雖然這在實(shí)驗(yàn)室里很容易實(shí)現(xiàn)，但是靈敏度高到足以發(fā)現(xiàn)火星甲烷的生物跡象的分光計(jì)可能會太大，火星車根本攜帶不了。另一種選擇是利用光學(xué)分光計(jì)，這種分光計(jì)可以測量一種氣體吸收光的頻率。那些產(chǎn)生共振頻率的同位素，是由氣體中較輕的分子構(gòu)成的。
目前，火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室預(yù)定在2011年發(fā)射升空，屆時它將攜帶一個光學(xué)分光計(jì)。這個裝置或許可以測量火星甲烷的碳同位素比，但是昂斯托特認(rèn)為它將無法明確說出火星甲烷是不是由生物產(chǎn)生的。因?yàn)檫@個原因，他和他的同事們目前正在設(shè)計(jì)一種特殊的光學(xué)分光計(jì)，這種分光計(jì)被稱作腔衰蕩分光計(jì)(CavityRingdownspectrometer)，這種分光計(jì)的靈敏度，將比火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室要攜帶的分光計(jì)的靈敏度高1000倍。
腔衰蕩分光計(jì)(CRDS)通過利用激光照亮大氣樣本產(chǎn)生作用，這種激光的頻率可以與一種特殊的同位素結(jié)構(gòu)的甲烷分子的共振保持一致。空腔的局部壁具有反射能力，因此進(jìn)入的光線很難逃逸出來。一旦激光被關(guān)閉，進(jìn)入的光線將在空腔里來來回回繼續(xù)反射數(shù)微秒，然后消失。昂斯托特表示，光線消失所用的時間，是衡量空腔里的目標(biāo)分子的數(shù)量的一個標(biāo)準(zhǔn)。通過這種方法，腔衰蕩分光計(jì)可以確定火星甲烷的不同同位素豐度比。因?yàn)檫@些光在消失以前會從空腔里的氣體中來回穿數(shù)千次，因此，腔衰蕩分光計(jì)可以比平常的光學(xué)分光計(jì)更加出色地測量甲烷濃度。
雖然腔衰蕩分光計(jì)是一項(xiàng)趨于成熟的技術(shù)，但是昂斯托特和他的科研組需要研發(fā)一種靈敏度非常高的便攜式裝置。他們已經(jīng)制成一個70磅的試驗(yàn)樣機(jī)，這種分光計(jì)的質(zhì)量大約是普通分光計(jì)的質(zhì)量的五分之一。他們現(xiàn)在的目標(biāo)是制造一個更小、更加適合執(zhí)行太空任務(wù)的儀器，這些任務(wù)是指火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室之后要進(jìn)行的下一輪火星車任務(wù)等。昂斯托特說：“我們計(jì)劃對分光計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，以便它可以在火星上正常運(yùn)行。眾所周知，火星上的壓強(qiáng)更低，而且還有大量塵埃�！�
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