正在火星表面工作的熱力與先進氣體分析儀（TEGA）。機械臂上的鏟子已經把火星土樣放進一扇打開的門裡，它附近的其他關著的小門，正在等待機械臂給它們傳送樣本。在前景位置可以看到盛放分光儀的箱子的一角，這個分光儀是用來分析火星的大氣的。

　　據物理學家組織網報道，美國宇航局的「鳳凰」號火星登陸器獲得的測量結果顯示，在火星史上，液態水曾與火星表面發生互動。該研究成果發表在9月10日的《科學》雜誌上，它還說明火星寒冷的環境下曾存在液態水，這暗示類似於地球上的黃石公園裡的溫泉的熱液系統，在火星史上非常罕見。

　　「鳳凰」號獲得驚人發現

　　這些令人難以置信的研究結果，是2008年「鳳凰」號對火星大氣的二氧化碳裡的碳和氧穩定同位素進行研究得到的。同位素是相同元素的異體，擁有不同的中子數，例如碳-12有6個中子，而罕見的碳-13則有7個中子。確定火星二氧化碳裡的同位素比率的空前精確度，更加凸顯了火星表面的水歷史和火山活動史。

　　這項測量工作是由「鳳凰」號上的先進氣體分析儀進行的，該儀器是這顆登陸器上的熱力與先進氣體分析儀(TEGA)的一部分。熱力與先進氣體分析儀是由美國亞利桑那大學設計和建造的。與20世紀70年代美國宇航局的「海盜」號登陸器上的分光儀(是另外唯一一個把有關火星同位素組成的數據傳回地球的儀器)相比，熱力與先進氣體分析儀的分光儀能更精確地對二氧化碳進行分析。

　　亞利桑那大學月球和行星實驗室行星科學系教授威廉姆·鮑恩頓說：「我們把熱力與先進氣體分析儀當作一個犯罪現場調查員。跟化學指紋一樣，同位素可以告訴我們，是什麼過程生成了我們正在研究的這種物質。」鮑恩頓負責領導了製造熱力與先進氣體分析儀的科研組，也是在《科學》雜誌上發表的論文的聯合作者。火星大氣95%是二氧化碳。美國宇航局的「火星探測計畫」已經確定會優先研究火星二氧化碳裡的同位素比，彌補「海盜」號收集的信息和對墜落地球的火星岩石進行分析獲得的結果存在的不足之處。

　　為了獲得這些測量結果，「鳳凰」號上的熱力與先進氣體分析儀打開一個針尖大小的縫，利用一個真空吸塵器把一股火星大氣吸入到它的內部，對同位素進行分析。亞利桑那大學構思並負責「鳳凰」號任務的操作工作。2008年該登陸器在火星北極附近降落，這是有史以來第一項由一所大學領導的火星任務。

　　二氧化碳與水發生反應

　　分析結果顯示，火星上的二氧化碳的碳和氧同位素比，與地球大氣的二氧化碳類似。這一意想不到的結果顯示，火星上的地質活動比以前認為的更多。事實上這些最新研究結果表明，火星大氣裡的二氧化碳是在距離現在相對較近的時候產生的，它已經與火星表面出現的液態水發生反應。休斯頓美國宇航局約翰遜航天中心的太空學家和這篇論文的第一作者保羅·奈爾斯說：「大氣裡的二氧化碳就像一名化學間諜。它滲透到火星表面的每一部分，顯示水的出現和它的歷史。」

　　火星的引力很小，而且沒有磁場，這意味著這顆紅色行星大氣裡的二氧化碳將會逃逸到太空裡，與碳-13相比，這一過程會更容易喪失較輕的碳-12。儘管更加久遠的火星大氣裡應該包含更多碳-13，但事實並非如此。這說明較近的火山噴發產生的二氧化碳進入了火星大氣裡，在相對較近的火星過去，火山活動比較活躍。另一個線索來自組成二氧化碳的第二種元素——氧。氧跟碳一樣，擁有不同的同位素：氧-16和更重的氧-18。

　　該科研組把「鳳凰」號收集的數據與研究火星隕石(在撞擊過程中從火星表面飛入空中，最終落到地球表面的岩石)獲得的數據進行對比。這些岩石包含的碳酸鹽物質，只能在有水和二氧化碳的情況下形成。鮑恩頓說：「火山爆發噴入大氣層的二氧化碳，與在這些岩石裡發現的氧同位素比非常類似。但是這些火山岩石的氧比與火星大氣裡的氧比之間存在很大差異。」這說明火星隕石(火山岩)裡的二氧化碳已經與液態水產生反應，二氧化碳裡所含的碳-18更多。

　　把火星大氣裡的同位素與這些隕石裡的同位素進行對比，證實了這一重大發現。例如，一塊這種隕石(顯然是在大約1.7億年前，而非數十億年前形成的)所含的碳酸鹽裡的同位素比例，與「鳳凰」號測量的火星大氣的同位素比很相符。據奈爾斯說，同位素跡象表明，火星表面曾出現過液態水，而且數量足以對現在的火星大氣成分產生影響。這說明水最初出現在滴水成冰的環境下。

　　這些研究結果為證明促使形成碳酸鹽的水環境在目前寒冷、乾旱的火星上仍然存在提供了有力證據。鮑恩頓說：「這說明碳酸鹽是在水和火星大氣(在相對較近的地質環境下形成的)的影響下生成的。」奈爾斯說：「這一發現並沒揭示液態水和火山口形成的特定地點或時期，但是在這些環境下發生的地質活動，為我們發現的同位素比提供了最好解釋。」