在太空探索的歷史上，科學家們首次測量了火星上大風坑表面正上方的空氣中填充氣體的季節(jié)變化。結果，他們注意到了令人困惑的事情：氧氣，許多地球生物用來呼吸的氣體，其行為方式到目前為止，科學家們還無法通過任何已知的化學過程進行解釋。

在三年的火星歷程(或將近六個地球年)中，NASA好奇號火星探測車腹部的火星樣品分析(SAM)便攜式化學實驗室中的儀器吸入了Gale Crater的空氣并對其成分進行了分析。SAM噴出的結果證實了表面的火星大氣組成：95%的二氧化碳(CO2)，2.6%的分子氮(N2)，1.9%的氬氣(Ar)，0.16%的分子氧(O2)和0.06%一氧化碳(CO)。他們還揭示了全年中火星空氣中的分子如何隨著氣壓的變化而混合和循環(huán)。這些變化是由于CO2冬季，天然氣會在兩極凍結，從而在重新分配空氣后降低整個星球的氣壓，以保持壓力平衡。當CO2在春季和夏季蒸發(fā)并在整個火星中混合時，它將升高氣壓。

在這種環(huán)境下，科學家發(fā)現(xiàn)氮氣和氬氣遵循可預測的季節(jié)性模式，全年相對于空氣中的CO2含量，大風火山口的濃度呈上升和下降趨勢。他們希望氧氣也能這樣做。但事實并非如此。取而代之的是，整個春季和夏季，空氣中的氣體量最多增加了30%，然后在秋季下降到已知化學方法預測的水平。盡管向大氣中添加的氧氣量有所變化，但這種模式在每個春天都重復出現(xiàn)，這暗示著有某種物質在產(chǎn)生并隨后將其帶走。

密歇根大學安娜堡分校氣候與空間科學教授蘇希爾·阿特雷亞(Sushil Atreya)說：“我們第一次看到這一點，真是令人費解。”Atreya是該主題論文的合著者，該論文于11月12日發(fā)表在《地球物理研究雜志：行星》上。

一旦科學家發(fā)現(xiàn)了氧氣的謎團，火星專家便著手嘗試對其進行解釋。他們首先對用于測量氣體的SAM儀器(四極質譜儀)的準確性進行了兩次和三次檢查。儀器很好。他們考慮了CO2或水(H2O)分子在大氣中破裂時可能釋放出氧氣，導致短暫上升的可能性。但是，要比火星高出五倍的水才能產(chǎn)生額外的氧氣和CO2分解太慢而無法在這么短的時間內(nèi)生成它。氧氣減少呢?太陽輻射能將氧氣分子分解成兩個原子并吹向太空嗎?科學家得出結論，不是，因為氧氣至少需要10年才能通過此過程消失。

領導這項研究的美國宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的行星科學家梅利莎·特納說：“我們正在努力解釋這一點。”“事實上，每個季節(jié)的氧氣行為都不是完全可重復的，這使我們認為這與大氣動力學無關。它必須是我們無法解釋的某種化學來源和吸收劑。”

對于研究火星的科學家來說，氧氣的故事與甲烷非常相似。甲烷不斷地在大風火山口中漂浮，其數(shù)量很少(平均為0.00000004%)，即使用火星上最靈敏的儀器也幾乎看不到。不過，它是由SAM的可調激光光譜儀測量的。該儀器顯示，盡管甲烷隨季節(jié)上升和下降，但由于莫名其妙的原因，在夏季，甲烷的豐度增加了約60%。(實際上，甲烷還會隨機且急劇地增加?？茖W家們正在試圖找出原因。)