这项新的研究可以帮助天体生物学家了解火星上古代水域的碱度，pH和氮含量，并进而了解该星球古代大气中的二氧化碳成分。
研究旨在了解火星曾经如何承载海洋和生命。
科学家们设计了新的分析工具，以打破火星大气神秘的历史，以及那里是否曾经有过生命。
今天（2020年2月26日）在科学进步杂志上发表了一篇详细介绍这项工作的论文。它可以帮助天体生物学家了解火星上古代水域的碱度，pH和氮含量，进而了解行星古代大气中的二氧化碳成分。
今天的火星太冷了，表面没有液态水，这是我们所知的维持生命的要求。
加州大学河滨分校（UCR）生物地球化学杰出教授蒂姆·里昂斯（Tim Lyons）说：“推动我们关注的问题不是当今的火星是否存在生命。”“我们是通过询问数十亿年前火星上是否存在生命来驱动的，这似乎更有可能发生。”
然而，里昂指出：“有大量证据表明，火星大约在40亿年前就拥有液态水海洋。”
占星学家提出的中心问题是这怎么可能。红色星球比地球离太阳更远，数十亿年前，太阳产生的热量比今天少。
UCR研究生，该论文的共同第一作者克里斯·蒂诺（Chris Tino）解释说：“要使行星足够温暖以容纳液态地表水，它的大气层可能需要大量的温室气体，尤其是二氧化碳。” EvaStüeken，苏格兰圣安德鲁斯大学的讲师。
由于不可能从数十亿年前取样火星大气来了解其二氧化碳含量，因此研究小组得出结论，地球上某个地质和化学与火星表面相似的地点可能提供了一些遗漏的碎片。他们在德国南部的Nordlinger Ries火山口发现了它。
德国NördlingerRies火山口的浮雕模型。
里斯陨石坑形成于大约1500万年前，当时它被陨石撞击，其岩石和矿物质层比地球上几乎任何地方都保存得更好。
2020年火星探测器将降落在结构相似，保存完好的古代陨石坑中。这两个地方在远处都以液态水为特征，使其化学成分具有可比性。
根据提诺（Tino）的说法，古代火星不太可能具有足够的氧气来容纳人类或动物等复杂的生命形式。
但是，如果古代火星的水既具有中性pH值又具有高度碱性，那么某些微生物本来可以生存。这些条件意味着大气中有足够的二氧化碳（可能是当今地球周围二氧化碳的数千倍）来加热地球并使液态水成为可能。
pH值可测量溶液中氢离子的浓度，而碱度则取决于几种离子以及它们如何相互作用以稳定pH值。
Stüeken说：“ Ries火山口岩石样品中的氮同位素比率最好用高pH值来解释。”“此外，古代沉积物中的矿物质告诉我们，碱度也很高。”
但是，火星样品中含有高碱度和氮同位素数据的矿物指示剂，表明其pH值相对较低，因此在过去的大气中二氧化碳含量极高。
由此产生的二氧化碳估算值可以帮助解决一个长期以来的谜团，即一个远古的火星如何远离微弱的早日阳光可能足以温暖表层海洋甚至生命。如何保持如此高的水准以及生活在水准之下的东西仍然是重要的问题。
“在进行这项研究之前，尚不清楚像氮同位素这样简单的方法可用于估算火星上古代水域的pH值； pH是计算大气中二氧化碳的关键参数。”蒂诺说。
这项研究的资金来自NASA天体生物学研究所，里昂领导着UCR的“替代地球”小组。
这项研究包括哥廷根乔治·奥古斯特大学的Gernot Arp和巴伐利亚州环境办公室的Dietmar Jung。
当将NASA 2020年火星探测器任务的样本带回地球时，可以分析它们的氮同位素比。这些数据可以证实研究小组的怀疑，即很高的二氧化碳水平使液态水成为可能，甚至很早以前就已经存在某种形式的微生物。
里昂斯说：“将样本带回地球可能需要10到20年的时间。”“但是我很高兴知道，一旦这些样本分发给美国和全世界的实验室，我们也许可以帮助定义第一个要问的问题。”
参考：Eva E.Stüeken，Christopher Tino，Gernot Arp，Dietmar Jung和Timothy W. Lyons于2020年2月26日发表在《科学进展》杂志上的文章《氮同位素比率在陆地火星类似位点追踪高pH条件》。
10.1126 / sciadv.aay3440
