在太阳系，火星是与地球最相似的星球。大量的探测和研究表明，31亿年前火星很可能存在地表水等宜居的条件和环境，甚至现代火星一些区域的地下有可能还存在微生物的活动。在未来，火星有可能被改造成另一个适宜人类居住的星球。因此，大部分火星探测任务把目标瞄准在火星的古环境、碳的线索及火星生命上。
盖尔撞击坑（Gale Crater）是火星南北半球交界处的一个古老撞击坑，大约形成于35亿年前，当时火星的气候湿暖、湿润，证据表明它当时可能是一个湖泊，因此NASA将该撞击坑选为“好奇号”火星车的着陆区。
大约6年前，“好奇号”火星车成功降落在盖尔撞击坑（图1），车重0.9吨，大小与一辆普通的轿车相当，车上携带了11台/套科学探测仪器，包括一套火星样品分析系统（气相色谱、质谱、可调激光光谱等）。“好奇号”对该区进行了非常详细的岩石、矿物、有机质和挥发性组分、大气氢、碳、氧等同位素组成、氧化还原环境、湖相沉积环境、辐射环境等综合探测，试图通过研究火星的古环境寻找火星生命的痕迹。
2018年6月8日，Science刊出4篇文章，报道“好奇号”在火星上的两个重要新发现：
1.发现含硫的有机质：“好奇号”在一块35亿年前形成的湖底泥岩上钻孔采集新鲜样品（图2），用炉子加热（500℃～860℃）使之释放出气体，然后用气相色谱-质谱进行分析，发现了噻吩（含硫碳环）、芳香族、脂肪族化合物以及硫代苯等有机分子（图3）。这是人类首次在火星上发现含硫的有机质，硫化作用有利于有机质的保存。
2.发现甲烷浓度随季节变化的规律：在现代火星大气中探测到甲烷，浓度最高可达7.6±1.6 ppb，可能代表甲烷突然释放的结果；3个火星年（近6个地球年）的甲烷浓度具有季节性变化规律，并在夏季达到峰值（图4）。
这两个发现进一步加强了盖尔撞击坑在远古时期的宜居性，但距离证明火星存在生命仍有较长的一段路要走。除了生命活动之外，一些无机过程，包括碳质小行星和彗星的加入，都有可能在火星上形成或带来有机质。为了区分不同来源和过程产生的有机质，一个重要途径是分析火星样品的碳同位素的组成，特别是寻找由于生命活动产生的轻碳同位素(12C)富集的证据。但即便如此，这些也还仅是间接证据。2014年，中国科学院地质与地球物理研究所的科学家在一块降落在摩洛哥沙漠的火星陨石中发现了有机碳，并测定了其碳同位素具有富12C的特征，与火星生物成因一致（Lin et al., 2014）。但是，他们同样没有完全排除这些有机碳来源于碳质小行星的可能性。
2016年，我国启动火星探测计划，并预期在2020年实施对火星环绕、着陆、巡视三位一体的联合探测。当前，我国正在论证火星的采样返回计划，与NASA未来火星探测的重点一样，其目标都是获得火星是否存在生命的更有力证据。
图1 “好奇号”火星车的登陆地点，运行路径以及发现有机质的两个钻孔位置(Voosen，2018)
图2 “好奇号”在Mojave泥岩钻孔位置发现了与干酪根相似的有机分子（Voosen，2018）
图3 
左列是Mojave样品中的有机硫化合物（EGA）曲线，显示了噻吩（A）、硫醇和硫化物（B和C）、其他挥发物（D）、O2和CO2（E）的概况，这些曲线表明，这些化合物在500℃～820 ℃之间达到顶峰，这个温度范围与噻吩（C4H4S）、2-3-甲基噻吩（C5H6S）、苯并噻吩（C8H6S）、甲烷硫醇（CH4S）和二甲基硫（C2H6S）存在的温度范围一致；在另一个钻孔位置（Confidence Hills）也发现相似的有机质。右列是Mojave样品中的脂肪类和芳香类化合物逸出气体分析（EGA）曲线，显示CO、CO2与脂肪族化合物（A）、芳香族化合物（B）的概况（Eigenbrode et al.,2018）
图4 甲烷季节变化曲线。 “好奇号”使用SAM（火星样品分析仪器套件）探测盖尔撞击坑中大气甲烷的季节性变化，在观察了近3个火星年后，发现每年夏天甲烷达到峰值（图片来源：NASA）
相关参考文献
Eigenbrode J F, Summons R E, Steele A, et al. Organic matter preserved in 3-billion-year-old mudstones at Gale crater, Mars[J].Science,2018,360(6393): 1096-1101.DOI: 10.1126/science.aas9185.（原文链接）
Kate I L T.Organic molecules on Mars[J].Science,2018, 360(6393): 1068-1069. DOI: 10.1126/science.aat2662.（原文链接）
Voosen P. NASA Curiosity rover hits organic pay dirt on Mars[J].Science,2018, 360(6393): 1054-1055.DOI: 10.1126/science.360.6393.1054.（原文链接）
Webster C R, Mahaffy P R, Atreya S K,et al.Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations[J].Science,2018,360(6393): 1093-1096.DOI: 10.1126/science.aaq0131.（原文链接）
Lin Y, El Goresy A, Hu S, et al. NanoSIMS analysis of organic carbon from the Tissint Martian meteorite: Evidence for the past existence of subsurface organic‐bearing fluids on Mars[J]. Meteoritics & Planetary Science, 2015, 49(12):2201-2218.DOI：10.1111/maps.12389.（原文链接）
（撰稿：张婷、胡森、林杨挺）
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