ESA/ATG媒體實驗室
本文是關於火星微量氣體軌道探測器（ExoMars Trace Gas Orbiter）科普
TGO上的天底與掩日光譜儀（Nadir and Occultation for MArs Discovery，NOMAD）和大氣化學光譜儀元件（Atmospheric Chemistry Suite，ACS）這兩臺光譜儀相輔相成，除了對火星大氣中水含量的探測，它們同樣也開始了對其他微量氣體（trace gas）的測量。
微量氣體佔據火星大氣不到百分之一的體積，因此，如果要確定它們在整體大氣中確切的化學成分和含量，就需要精度極高的測量技術。微量氣體的測量通常以“十億分之一體積”（parts per billion by volume，ppbv）為單位，以地球大氣含有1800 ppbv甲烷為例，這表示每十億個大氣分子中，有1800個是甲烷分子。
火星科學家對甲烷情有獨鍾，因為甲烷很可能標誌著生命和地質運動的存在，比如說在地球上，大氣中95%的甲烷都來自生物反應過程。
甲烷在數百年的時間內就會被太陽輻射所破壞，因此，現階段探測到的所有甲烷分子，都意味著它是在相對不那麼遙遠的過去被釋放出來的，即使這些甲烷分子本身在幾萬甚至幾億年前就已存在，只是一直被困於火星的地下蓄水層中，直到現在中被釋放。除此之外，靠近火星表面的微量氣體每天都會高度混合，全球風力迴圈模型顯示：在幾個月的時間內，甲烷就會在火星大氣中混合均勻。
而此次測得的火星大氣中甲烷的含量引起了科學家的激烈爭論，因為實際上探測到的甲烷無論是在時間跨度上還是在地理位置跨度上，都十分稀少，並且這一數值經常直接降到儀器的探測極限。
TGO對火星大氣中甲烷的探測
歐洲空間局（ESA）的火星快車（Mars Express）在2004年的時候，貢獻了首次軌道測量的其中一次，在那個時候，測量結果顯示火星大氣中甲烷的含量達到了10 ppbv。
位於地球上的望遠鏡也曾提供無法探測和達到45 ppbv的瞬態測量（transient measurement）結果，自2012年，美國航空航天局（NASA）的好奇號（Curiosity）火星車就開始探索蓋爾隕石坑（Gale Crater），而好奇號的探測結果顯示，大氣中的背景甲烷水平隨著季節的變化而改變，範圍大約為0.2 – 0.7 ppbv，其中還一有些更高的峰值。更新的資料則來自火星快車，在好奇號測到了甲烷含量最高紀錄的第二天，火星快車觀測到了甲烷數量的激增。
來自TGO 的最新結果，提供了迄今為止最為詳盡的火星全球性分析，TGO發現甲烷含量的上限為0.05 ppbv，也就是說，比此前報道的所有檢測結果都要低上10到100倍。在3千米的高度上，TGO達到了最精確的檢測極限，為0.012 ppbv。
火星上主要的甲烷測量
僅僅考慮大氣的衰減破壞過程，以及甲烷分子300年的預測壽命，0.05 ppbv作為甲烷含量的上限，仍對應著這300年間高達500噸的甲烷釋放量；而一旦將這些甲烷分散在整個火星大氣中時，這個數值就顯得格外的低。
“在我們預測會看到甲烷的大氣範圍內，有著漂亮而高精度的水分子訊號追蹤資料，但是現在我們只能得出一個適度的甲烷含量上限，而這個上限意味著整個火星都幾乎沒有甲烷的存在。”ACS的首席研究員奧列格•科拉布廖夫（Oleg Korablev）說道，他來自莫斯科俄羅斯科學院（Russian Academy of Sciences）的空間研究所（Space Research Institute）。
“TGO的高精度測量結果似乎與之前的檢測結果不太一致；為了協調各式各樣的資料集，並匹配上此前得到的羽流（plume）甲烷含量結果和明顯極低背景含量之間的過渡，我們需要找到一種可行的方式，來解釋靠近火星表面時甲烷的大量消解。”
“甲烷的存在和它可能的來源已經引起了如此多的爭論，而正因如此，這種氣體之後的去向，以及它會以多快的速度消失殆盡，這兩個問題也同樣讓人非常在意。” ESA TGO的專案科學家霍坎•斯韋德赫姆（Håkan Svedhem）說道。
“雖然目前而言，我們還沒有手握這些謎題的所有元素，也沒有一個完整的全域性觀，但這正是我們和TGO一起努力的原因，利用現有的最好的儀器，對火星大氣進行詳盡的分析，從而更好地了解這顆紅色星球的活躍程度，無論是從地質上來說還是從生物上來說。”
參考： [1] “Early observations by ExoMars Trace Gas Orbiter show no signs of methane on Mars” by O. Korablev et al, is published in the journal Nature. [2] “Martian dust storm impact on atmospheric water and D/H observed by ExoMars Trace Gas Orbiter” by A.C Vandaele et al, is published in the journal Nature. [3] “Neutron Mapping of Mars with High Spatial Resolution: First Results of FREND experiment of the ExoMars Project” by I.G. Mitrofanov et al, is accepted for publication in the Proceedings of the Russian Academy of Science, the Branch of Physical Science.