为火星制造甲烷的“秘密”是谁？

从1960年苏联启动首次火星探测，到美国“毅力号”火星车钻探采样，再到“天问一号”探测器高清火星图像传回，在太阳系八颗行星中，火星是人们想要发现的“红色邻居”。它稀薄的环境隐藏着令科学家们惊叹不已的谜团——少量但持续存在的甲烷。这种由1个碳原子和4个氢原子组成的简单分子（CH4）在土壤环境中的浓度约为1.9ppm（即百万分之一），而火星环境中的浓度很低，仅为十亿分之几（PPBV水平）。世界上有甲烷与生命密切相关。那么，火星的甲烷是从哪里来的呢？真的有“火星人”吗？ 甲烷是“可能存在生命的迹象”，mItein 是人类非常常见的成分。因为它已经深深地融入到人类的日常生活中，所以它通常是很难引起人们的特别关注。为了理解为什么科学家们对火星甲烷如此着迷，我们需要澄清一个主要问题：为什么它被认为是“生命的迹象”？在世界上，甲烷和生命几乎是“捆绑在一起”的。如今，地球环境中约60%来源于生物活动，这类甲烷被称为“生物源甲烷”。湿地中的产甲烷古菌可以将植物残渣中的碳、氢合成甲烷，并将有机物分解成氧环境并释放到环境中；当牛、羊和其他动物胃中的微生物腐烂纤维素时，它们会释放并产生甲烷，通过呼吸或排气排出体外；甲烷SA煤矿和天然气田是几亿年前动植物地质遗骸的葬礼和长期演化形成的。由于甲烷与生命密切相关，科学家们对甲烷进行了研究。他达成了共识：如果甲烷持续排放到行星环境中，并且可以清除非生物资源，那么认为该行星可能存在生命活动是有道理的——如果它有生命或过去生命的痕迹。 Mitein不仅存在于火星中，而且还有一种特殊的现象：随时间变化的浓度。 2004年，欧洲航天局的“火星快车”首次看到火星甲烷，集中了近10至50个PPBV。这一消息引起了科学界的挑衅，但也有一些人质疑：这是探测器故障，还是地球隐喻环境干扰了数据？为了证明这一发现，随后各国的火星研究任务也加入了观测。 2012年，美国“好奇号”火星车到达火星盖尔陨石坑。它带来的“火星样品分析设备”（SAM）可以直接采集火星大气样品，并通过附件精确测量甲烷成分ed 激光光谱仪。经过多年的观测，好奇号不仅证实了火星上存在甲烷，而且还发现了一个重大规律：火星环境中的甲烷浓度随时间变化，在标记日北半球浓度最高（有时超过40 PPBV），并已接近D.Winter仪器伦理极限。更重要的是，甲烷还有“短暂的生命”。在土壤环境中，甲烷平均可存在9至12年；在火星环境中，甲烷被太阳紫外线分解，可以存在约320年。这意味着，如果火星没有“资源”继续产生甲烷，环境中的甲烷将长期分解，现在无法生存。首先是“寿命”和甲烷浓度的变化得出一个结论：火星上一定有一个持续制造甲烷的来源，而且它的“产量”会随着时间的推移而变化。它是火星甲烷的神秘面纱更加吸引人——在环境恶劣的火星上，什么能“做男婿”？来自微生物的“呼吸”？ 由于世界上大部分甲烷是在生命活动中产生的，科学家们思考：火星上是否存在可以制造甲烷的微生物？在世界的极端环境中，实际上存在产生甲烷的古细菌。它们最突出的能力是可以在绝对没有氧气的环境中生存，并且可以用简单的成分合成甲烷。理论上，类似的微生物可以存在于火星地下。火星上空的大气环境恶劣，白天最高温度约为20℃，夜间可降至-80℃以下；大气层稀薄，无法抵御损害生物DNA的太阳紫外线和宇宙射线；行星表面干燥且没有液态水，不适合生命生存。但如果微生物隐藏在地下，情况就不同了- 地下200米可隔离辐射并保持稳定的温度。此外，火星极地冰盖以及可能存在的地下水层可以提供液态水，为微生物的安全创造了条件。然而，这种猜测也面临着两个现实问题。第一个问题是缺乏“食物”。产甲烷古菌需要足够的“原材料”来产生甲烷。如果火星地下确实存在这样的古细菌，维持火星环境中目前的甲烷浓度将需要每年消耗约260吨有机物，或等量的氢气和二氧化碳。但迄今为止，人们尚未在火星上发现如此规模的有机物。另一个问题是“安全与运输”之间的矛盾。尽管制造甲烷的古菌存在于火星地下 200 米处，但它们产生的甲烷需要很长时间才能达到预期的水平。他的环境。据估计，从地下200米扩散到火星表面可能需要数千甚至数千年的时间。白天，土地以近2年为一个周期。 “可靠”，科学家们把注意力转向了非生物因素——地质活动产生的甲烷。在各种非生物资源中，最受关注的一种是化学石的一种反应，称为“蛇反应”。蛇反应涉及富含铁和镁的硅酸盐矿物，例如橄榄石和辉石，这在火星上特别常见。当这些矿物质与水接触时，会发生一系列复杂的反应，形成蛇并释放出氢燃料。在适当的条件下，释放的氢气可能会继续与火星环境中的二氧化碳反应，产生甲烷和水。蛇的反应可以产生甲烷，这一点已被世界证实。蛇反应的条件也是我火星。首先，火星上空有玄武岩，其次，火星过去曾经有过大量的液态水。理论上，蛇反应可能在之前的“火星湿润期”大规模发生。一部分甲烷以地下岩石的形式形成，一部分进入环境。但目前火星目前的环境还能支持通过蛇式反应持续制造甲烷吗？首先，火星上空没有活火山或温泉。在世界上，蛇的反应要持续迅速，往往需要高温和高环境压力（如火山热、高海水压力）。然而，火星上的火山活动通常在大约30亿年前就停止了，表面上没有海洋。地下可以存在少量的盐水。这意味着即使火星土壤的IllIm仍然存在蛇形反应，但速度会非常慢，甲烷可能无法阻止在环境中腐烂的量。其次，尽管蛇的反应可以解释甲烷的持续可用性，但它并不能解释其浓度的及时动态变化，它很难成为火星甲烷的主要来源。来自“电化学效应”？ 当生物资源或传统地质资源都可以解释火星甲烷时，科学家们开始探索更特殊的机制。近日，May-Set研究团队通过了一项新的推测——Haka：火星沙尘暴的“电化学效应”可能是甲烷的重要来源。研究小组长期研究行星和太空环境。在分析火星快车和好奇号等探测器返回的火星沙尘暴数据时，他们发现了这一关键关联：火星环境中甲烷的峰值浓度往往与沙尘暴发生的时间和范围相吻合。当火星发生大规模沙尘暴时，甲烷排放量增加；扬尘结束后，浓度逐渐降低。据推测，沙尘暴可能不仅是该季节的一种现象，而且还可能与甲烷的产生有关。要了解这一机制，我们首先要了解火星沙尘暴的特点。火星环境特别稀薄，表面灰尘很容易形成沙尘暴。火星沙尘暴的规模各不相同。小的只覆盖了一点卢加尔；大规模可以席卷整个地球并持续数周甚至数月。当沙尘暴发生时，大量沙尘颗粒在环境中高速运动，相互摩擦产生静电。火星尘埃主要由硅酸盐矿物组成，很容易带电。同时，火星环境稀薄，没有足够的气体分子来中和电荷，使得尘埃颗粒积聚了大量的电荷。静电力。当电荷积累到一定水平时，它会引起大气释放——类似于地面上的闪电，但更小、更常见，称为“静电放电”。通过实验室模拟和理论检验，研究小组发现，当火星尘埃颗粒在缺氧、低压的情况下进行静电释放时，会引发一系列电化学反应。该反应将环境中的二氧化碳与含水矿物中的水结合形成甲烷。研究火星环境中甲烷的来源已成为探索火星的重大问题之一。美国国家航空航天局（NASA）已将“Mitein资源监测”列为2030年火星任务的主要目标；欧洲航天局（ESA）将于2028年发射“罗莎琳德·富兰克林”号火星车进行探索； 2031年，我国“天问三号”很可能恢复含冰毒的大气样本阿内。火星环境中的Mitein资源之谜不仅与火星数十亿的演化有关，更能呼吁改变人类对外星生命的认识。火星研究的未来是 Kapana - 太棒了！ ）