火星上的碳元素从何而来？天文学家提出3种可能的解释

美国宇航局的好奇号探测器（Curiosity）于2012年8月6日登陆火星，从那时起，它就在盖尔陨坑（Gale Crater）漫游，并采集样本，将结果送回国内供研究人员分析。研究人员对六个暴露位置（包括暴露的悬崖）采集的沉积物样本中的碳同位素进行分析，对碳的来源得出了三种合理的解释——宇宙尘埃、二氧化碳的紫外线降解，或生物产生的甲烷紫外线降解。

研究人员指出，这三种情况都是非常规的，与地球上常见的过程不同。

碳有两种稳定的同位素，12和13。通过观察物质中每一种的数量，研究人员可以确定发生的碳循环具体情况，即使它发生在很久之前。研究人员解释，太阳系中碳12和碳13的数量是太阳系形成时存在的数量。两者都存在于一切事物中，但由于碳12比碳13反应得更快，观察样品中每种物质的相对数量可以揭示出碳循环。

好奇号由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室操作，在过去的九年中，一直在探索盖尔陨石坑的一个区域，该区域暴露了古代岩石层。漫游车钻进了这些岩层的表面，并从埋藏的沉积层中回收了样品。好奇号在没有氧气的情况下加热了这些样本，以分离任何化学物质。

对这种热解产生的部分还原碳的光谱分析显示，碳12和碳13的含量范围很广，具体取决于原始样品形成的地点或时间。一些碳在碳13中非常缺乏，而在其它碳样品中则富集。

研究人员称，碳13含量极度匮乏的样本有点像澳大利亚的样本，取自27亿年前的沉积物。那些样本是由生物活动引起的，当时甲烷被古代微生物垫层消耗，但是火星不一定会这样，因为它是一个可能由与地球不同的材料和过程形成的星球。

为了解释这些异常枯竭的样本，研究人员提出了三种可能性——宇宙尘埃云，紫外线辐射分解二氧化碳，或紫外线降解生物制造的甲烷。

研究人员表示，太阳系每隔几亿年就会穿过一个银河分子云。它不会沉积很多灰尘，在地球记录中很难看到任何这些沉积事件。

为了创造一个好奇号可以取样的层，银河尘埃云首先会降低火星上的温度，火星上仍然含有水并形成了冰川。灰尘会沉积在冰的顶部，一旦冰川融化，就需要留在原地，留下一层包含碳的污垢。但到目前为止，表明火星上盖尔陨石坑过去存在冰川的证据并不多。研究人员认为，这种解释是合理的，但还需要进一步的研究。

碳13含量较低的第二种可能解释是二氧化碳通过紫外线转化为甲醛等有机化合物。有研究预测紫外线会导致这种类型的分馏。然而，需要更多的实验结果来显示这种尺寸分级，这样才能排除或肯定这种解释。

第三种可能的猜测是具有生物学基础。在地球上，来自古地表的大量碳13耗尽特征将表明过去的微生物消耗了微生物产生的甲烷。古代火星可能已经从地下释放了大量的甲烷羽流，那里的甲烷生产在能量上是有利的。然后，释放的甲烷要么被表面微生物消耗，要么与紫外线反应并直接沉积在表面上。

研究人员表示，所有这三种可能性都指向一个不寻常的碳循环，这与当今地球上的任何事物都不同。但是目前仍需要更多的数据来确定其中哪一个是正确的解释。

题为Depleted carbon isotope compositions observed at Gale crater, Mars的相关研究论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://phys.org/news/2022-01-newly-carbon-yield-clues-ancient.html

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