美国宇航局正在积极努力，在未来几年从火星带回表面样本，他们希望这将有助于我们更好地了解数十亿年前这颗红色星球表面是否曾存在过古代生命。但是大气样本呢?它们能为科学家提供有关火星历史的更好信息吗?

与火星表面样本相比火星大气样本能否让我们更多地了解这颗红色星球

这是第55届月球和行星科学大会上发表的一项最新研究希望解决的问题，一组国际研究人员调查了从火星带回大气样本的意义，以及这些样本如何让我们了解这颗红色星球的形成和演化。

在这里，UniverseToday与这项研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校地球、行星和空间科学系教授EdwardYoung博士以及这项研究的合著者、亚利桑那大学月球与行星实验室名誉教授TimothySwindle博士讨论了这项研究，讨论了这项研究背后的动机、如何获取大气样本、当前或拟议的任务、后续研究，以及他们是否认为这颗红色星球上曾经存在过生命。那么，这项研究的动机是什么呢?

杨博士告诉《今日宇宙》：“我们从行星的大气层和岩石中了解到很多有关行星起源的信息。特别是，某些元素的同位素比可以限制导致行星形成的过程。”

斯温德尔博士接着说：“有两种基本动机。一种是我们计划带走所有这些岩石样本，我们想知道它们是如何与大气相互作用的，但如果不详细了解大气的成分，我们就无法弄清楚这一点。

“因此，我们需要大气样本来了解岩石可能与什么交换元素和同位素。但我们也希望获得火星大气样本，以解答有关火星上发生或正在发生的过程的一些基本问题。

“例如，火星陨石中含有被困在大气中的稀有气体，如氪和氙。但看起来这些陨石中至少有两种不同的‘大气’成分。”

图片来源：NASA

在这项研究中，研究人员提出了将火星大气样本带回地球的几个好处，包括将大气样本放入美国宇航局毅力号(珀西)探测器的样本管中，深入了解火星内部的潜在太阳炭疽菌、大气成分的演变趋势、氮循环以及火星上的甲烷来源。

对于珀西大气样本(也称为样本1号“鲁比恩”)，研究指出，该样本是在珀西试图收集岩心样本但最终收集的是大气气体后获得的。

此外，该研究还表明，样品管在等待返回地球时不会发生泄漏，而且样品中的气体在返回地球后也非常适合分析。但除了珀西探测器的样本外，还有什么方法可以获取火星大气样本呢?

“至少还有另外两种收集火星大气样本的方案，”斯温德尔博士告诉《今日宇宙》。“一种是让航天器飞过火星大气层，在穿过时收集样本，然后将其返回地球。另一种是使用带有阀门和(火星)空气压缩机的样本返回罐(不必比毅力号的管子大)。

“你可以将它降落在火星表面，打开通往大气层的阀门，启动压缩机，然后获取一个火星大气样本，这个样本的体积是未经压缩而密封的体积的数百倍或数千倍，就像毅力号所做的那样，希望它能再次做到这一点。”

斯温德尔博士和杨博士都提到了火星样本收集调查(SCIM)任务，该任务由美国宇航局和学术研究人员组成的团队于2002年提出，目标是在火星表面上方40公里(25英里)的高度收集大气样本并将它们带回地球进行进一步分析。

尽管SCIM被选为2007年火星侦察计划的半决赛入围者，但不幸的是它没有被选中进行进一步开发，Young博士和Swindle博士都告诉《今日宇宙》，目前除了珀西探测器样本外，没有计划进行任何其他大气样本采集任务。

那么，目前正在进行或计划进行该研究的哪些后续研究?

斯温德尔博士和杨博士都提到，由于采样管尺寸较小，人们正在努力收集少量大气气体。斯温德尔博士告诉《今日宇宙》：“现在最大的问题是，密封的毅力号采样管能多好地保存大气样本。密封性如何?采样管在硬着陆时会漏气吗?火星大气中的某些分子会粘附在采样管的涂层上吗?

“所有这些问题都得到了一些解决，到目前为止，答案都是很好的——看起来那些毅力管可能会表现良好，即使它们的设计并没有真正考虑到大气采样。”

如上所述，从火星获取并返回大气样本的目的可以帮助科学家更好地了解这颗红色星球的形成和演化。而现在的火星是一个非常寒冷干燥的世界，其大气层只是地球大气层的一小部分，液态水无法在表面存在，也没有活跃的火山活动。

然而，过去几十年从着陆器、探测车和轨道器获得的重要证据表明，数十亿年前火星刚形成时的样子与现在大不相同。火星内部十分活跃，产生了磁场，保护火星表面免受有害的太阳和宇宙辐射的侵袭;大气层厚得多，由活跃的火山活动补充;还有流动的液态水，所有这些都可能导致火星表面存在某种形式的生命。

然而，考虑到火星的体积很小(只有地球的一半)，这意味着它的内部热量冷却得更快(可能需要数百万年)，导致火山活动变得不活跃，内部活动驱动的磁场消散，后者导致有害的太阳和宇宙辐射剥离大气层，表面液态水随之蒸发到太空。

那么，杨博士和斯温德尔博士是否相信火星上曾经存在过生命，我们能找到它吗?

杨博士告诉《今日宇宙》：“我真的不知道。我认为过去某个时候，甚至是现在，存在微生物生命是一个合理的假设，但我们没有足够的信息。”

斯温德尔博士也不确定火星上是否曾存在过生命，但他向《今日宇宙》详细阐述道：“如果没有生命，为什么地球上的生命出现得这么早，而当时气候相似的火星上却没有生命。如果有生命，它与地球上的生命有多相似?由于地球和火星总是因撞击而交换岩石，地球上的生命与火星上的生命有关系吗?

“如果它存在，那将很难找到。但大气样本可能会有所帮助。例如，火星大气中似乎有甲烷。地球大气中的大部分(但不是全部)甲烷都是生物甲烷，分析碳或氢同位素的相对比例是找出答案的最佳方法之一。”