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據美國宇航局太空網(wǎng)報道，自從天文學(xué)家幾年前在火星大氣中發(fā)現甲烷以來(lái)，他們一直希望查明這些氣體是不是由生命產(chǎn)生的�，F在研究人員正在研發(fā)一種新探測器，可以根據火星甲烷的重量，追蹤它的源頭。
發(fā)現的第一種有機化合物
甲烷是在火星上發(fā)現的第一種有機化合物，這項發(fā)現可能蘊含著(zhù)多層含義。美國科學(xué)家在1月15日宣布了一項新的分析數據，他們再次推測甲烷可能預示著(zhù)火星上存在生物活動(dòng)。美國普林斯頓大學(xué)的圖里斯?昂斯托特(TullisOnstott)說(shuō)：“因為地球上的大部分甲烷都是由生物產(chǎn)生的�！�
產(chǎn)烷生物在新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生了這種溫室氣體。雖然可能類(lèi)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(guò)地質(zhì)過(guò)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(lái)的一項火星車(chē)任務(wù)制造光學(xué)儀器，這項任務(wù)將會(huì )解決火星甲烷之謎。這個(gè)項目是天體生物學(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鏡發(fā)現火星甲烷，后來(lái)通過(guò)歐洲航天局的“火星快車(chē)”飛船得到證實(shí)。雖然火星甲烷的數量非常少，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。因為這些甲烷“云團”僅需一年時(shí)間就會(huì )散開(kāi)，因此，火星上的甲烷來(lái)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(shuō)：“要使甲烷在火星上呈現出來(lái)，就必須不斷產(chǎn)生甲烷�！睋核雇刑毓烙�，這個(gè)局部地區產(chǎn)生的甲烷的數量，跟地球上的南極永凍層產(chǎn)生的甲烷數量一樣，南極永凍層是地球上的4大溫室氣體來(lái)源之一。
生命喜歡更輕的同位素
火星上的什么東西會(huì )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(lái)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(guò)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，也會(huì )形成甲烷。
甲烷可以直接通過(guò)火山或者裂縫進(jìn)入大氣�；蛘咚鼤簳r(shí)被像冰一樣的物質(zhì)封鎖起來(lái)，等到溫暖季節，就會(huì )慢慢從這些物質(zhì)中逃逸出來(lái)。其中的主要選項是，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(shuō)：“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在，火星上通過(guò)生物途徑生成甲烷的過(guò)程可能仍在進(jìn)行�；蛘咚诤芫靡郧耙呀�(jīng)結束，我們看到的甲烷，可能都是以前被儲存起來(lái)的。
有一種方法可以不通過(guò)從土壤中尋找生命跡象，來(lái)確定火星甲烷的來(lái)源。這種方法涉及到所有甲烷并不是通過(guò)一種方法產(chǎn)生的事實(shí)。甲烷的構成成分以不同的形式存在，這種形式被稱(chēng)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(huì )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(shuō)：“與較輕的化合物發(fā)生反應時(shí)，酶促過(guò)程會(huì )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(ài)，因此它們可能在不斷清除掉產(chǎn)烷生物活動(dòng)留下的跡象。然而昂斯托特認為，甲烷同位素豐度的變化，可能標志著(zhù)火星上存在一個(gè)生物甲烷循環(huán)過(guò)程。
如何發(fā)現生物甲烷
昂斯托特表示，通常情況下，有兩種方法可以發(fā)現甲烷同位素豐度。第一種方法要用到質(zhì)量分光計，這種分光計可以利用電磁場(chǎng)，把不同的同位素分開(kāi)。雖然這在實(shí)驗室里很容易實(shí)現，但是靈敏度高到足以發(fā)現火星甲烷的生物跡象的分光計可能會(huì )太大，火星車(chē)根本攜帶不了。另一種選擇是利用光學(xué)分光計，這種分光計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成的。
目前，火星科學(xué)實(shí)驗室預定在2011年發(fā)射升空，屆時(shí)它將攜帶一個(gè)光學(xué)分光計。這個(gè)裝置或許可以測量火星甲烷的碳同位素比，但是昂斯托特認為它將無(wú)法明確說(shuō)出火星甲烷是不是由生物產(chǎn)生的。因為這個(gè)原因，他和他的同事們目前正在設計一種特殊的光學(xué)分光計，這種分光計被稱(chēng)作腔衰蕩分光計(CavityRingdownspectrometer)，這種分光計的靈敏度，將比火星科學(xué)實(shí)驗室要攜帶的分光計的靈敏度高1000倍。
腔衰蕩分光計(CRDS)通過(guò)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構的甲烷分子的共振保持一致�？涨坏木植勘诰哂蟹瓷淠芰�，因此進(jìn)入的光線(xiàn)很難逃逸出來(lái)。一旦激光被關(guān)閉，進(jìn)入的光線(xiàn)將在空腔里來(lái)來(lái)回回繼續反射數微秒，然后消失。昂斯托特表示，光線(xiàn)消失所用的時(shí)間，是衡量空腔里的目標分子的數量的一個(gè)標準。通過(guò)這種方法，腔衰蕩分光計可以確定火星甲烷的不同同位素豐度比。因為這些光在消失以前會(huì )從空腔里的氣體中來(lái)回穿數千次，因此，腔衰蕩分光計可以比平常的光學(xué)分光計更加出色地測量甲烷濃度。
雖然腔衰蕩分光計是一項趨于成熟的技術(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(gè)70磅的試驗樣機，這種分光計的質(zhì)量大約是普通分光計的質(zhì)量的五分之一。他們現在的目標是制造一個(gè)更小、更加適合執行太空任務(wù)的儀器，這些任務(wù)是指火星科學(xué)實(shí)驗室之后要進(jìn)行的下一輪火星車(chē)任務(wù)等。昂斯托特說(shuō)：“我們計劃對分光計進(jìn)行改進(jìn)，以便它可以在火星上正常運行。眾所周知，火星上的壓強更低，而且還有大量塵埃�！�
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