美國宇航局網站公佈的甲烷濃度分佈圖

　　上面這幅美國宇航局公佈的圖片中描述了火山活動如何產生甲烷。不過科學家現在仍沒有足夠的證據確定火星甲烷的來源。

美國宇航局公佈的圖片展示微生物如何製造甲烷

　　據美國宇航局太空網報道，自從天文學家幾年前在火星大氣中發現甲烷以來，他們一直希望查明這些氣體是不是由生命產生的。現在研究人員正在研發一種新探測器，可以根據火星甲烷的重量，追蹤它的源頭。

　　發現的第一種有機化合物

　　甲烷是在火星上發現的第一種有機化合物，這項發現可能蘊含著多層含義。美國科學家在1月15日宣佈了一項新的分析數據，他們再次推測甲烷可能預示著火星上存在生物活動。美國普林斯頓大學的圖裡斯·昂斯托特(Tullis Onstott)說：「因為地球上的大部分甲烷都是由生物產生的。」

　　產烷生物在新陳代謝過程中產生了這種溫室氣體。雖然可能類似的生物體也生活在火星土壤中，但是火星甲烷可能是通過地質過程產生的，並不需要生命。昂斯托特和他的同事們正在為將來的一項火星車任務製造光學儀器，這項任務將會解決火星甲烷之謎。這個項目是天體生物學和技術手段研發及任務概念研究((ASTID))的一部分。

　　2003年，科學家利用地球上的望遠鏡發現火星甲烷，後來通過歐洲航天局的「火星快車」飛船得到證實。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「雲團」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，而且是源源不斷產生甲烷氣體。昂斯托特說：「要使甲烷在火星上呈現出來，就必須不斷產生甲烷。」據昂斯托特估計，這個局部地區產生的甲烷的數量，跟地球上的南極永凍層產生的甲烷數量一樣，南極永凍層是地球上的4大溫室氣體來源之一。

　　生命喜歡更輕的同位素

　　火星上的什麼東西會產生這麼多甲烷呢？雖然產生甲烷的途徑多種多樣，但是最後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境下產生的。雖然地質過程可以產生甲烷，但是氫氣和二氧化碳等一些帶碳分子的物質發生反應，也會形成甲烷。

　　甲烷可以直接通過火山或者裂縫進入大氣。或者它暫時被像冰一樣的物質封鎖起來，等到溫暖季節，就會慢慢從這些物質中逃逸出來。其中的主要選項是，火星產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，可以發揮跟在地球上一樣的功能，產生更多甲烷。」現在，火星上通過生物途徑生成甲烷的過程可能仍在進行。或者它在很久以前已經結束，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並不是通過一種方法產生的事實。甲烷的構成成分以不同的形式存在，這種形式被稱作同位素，不同同位素的質量是不一樣的。地球化學並不太挑剔，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：「與較輕的化合物發生反應時，酶促過程會更快。」至於產烷生物，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)對質量較輕的甲烷比較偏愛，因此它們可能在不斷清除掉產烷生物活動留下的跡象。然而昂斯托特認為，甲烷同位素丰度的變化，可能標誌著火星上存在一個生物甲烷循環過程。

　　如何發現生物甲烷

　　昂斯托特表示，通常情況下，有兩種方法可以發現甲烷同位素丰度。第一種方法要用到質量分光計，這種分光計可以利用電磁場，把不同的同位素分開。雖然這在實驗室裡很容易實現，但是靈敏度高到足以發現火星甲烷的生物跡象的分光計可能會太大，火星車根本攜帶不了。另一種選擇是利用光學分光計，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，火星科學實驗室預定在2011年發射升空，屆時它將攜帶一個光學分光計。這個裝置或許可以測量火星甲烷的碳同位素比，但是昂斯托特認為它將無法明確說出火星甲烷是不是由生物產生的。因為這個原因，他和他的同事們目前正在設計一種特殊的光學分光計，這種分光計被稱作腔衰蕩分光計(Cavity Ringdown spectrometer)，這種分光計的靈敏度，將比火星科學實驗室要攜帶的分光計的靈敏度高1000倍。

　　腔衰蕩分光計(CRDS)通過利用激光照亮大氣樣本產生作用，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。空腔的局部壁具有反射能力，因此進入的光線很難逃逸出來。一旦激光被關閉，進入的光線將在空腔裡來來回回繼續反射數微秒，然後消失。昂斯托特表示，光線消失所用的時間，是衡量空腔裡的目標分子的數量的一個標準。通過這種方法，腔衰蕩分光計可以確定火星甲烷的不同同位素丰度比。因為這些光在消失以前會從空腔裡的氣體中來回穿數千次，因此，腔衰蕩分光計可以比平常的光學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於成熟的技術，但是昂斯托特和他的科研組需要研發一種靈敏度非常高的便攜式裝置。他們已經製成一個70磅的試驗樣機，這種分光計的質量大約是普通分光計的質量的五分之一。他們現在的目標是製造一個更小、更加適合執行太空任務的儀器，這些任務是指火星科學實驗室之後要進行的下一輪火星車任務等。昂斯托特說：「我們計畫對分光計進行改進，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。」