火星是一个荒芜的星球，其稀薄的空气包含95％的二氧化碳，2.6％的氮（N2），1.9％的氩气，0.16％的氧气以及0.06％的一氧化碳。相比之下，地球大气层主要由氮气和氧气构成，分别占78.09％和20.95％。
自从2012年登陆火星以来，NASA好奇号漫游车发回大量宝贵的科学数据。目前好奇号正在有条不紊地攀登5500米高的夏普山。除了仔细研究脚下的岩石之外，好奇号还收集火星大气层的数据并测量季节性大气变化。科学家已经注意到，火星大气中氧气的变化完全不符合预期。
通常来说，火星大气压力以一年为周期变化——处于冬季的半球，二氧化碳会在极地冻结，使整个半球的气压下降，进而导致火星全球大气的重新分布。到了春季极地融化释放二氧化碳，该半球气压升高，气体向全球扩散并使火星大气逐渐趋于平衡。
其他气体的波动基本与二氧化碳保持相同比例，比如氮气和氩气的变化就完全符合预测，但氧气却截然不同——在火星的春季和夏季，氧气含量上升约30％，随后在秋季下降到正常水平，另外每年氧气的增加量都在变化，似乎有某种生物正在向火星大气排放氧气。
由于火星氧气的奇怪变化用现有理论根本无法解释，科学家最初怀疑是好奇号的测量仪器或软件发生故障，但仔细检查之后发现一切正常。有科学家认为这种现象与火星土壤含有大量氧气有关，但土壤中的氧气释放或吸收的机制却无从得知。
美国宇航局戈达德航天中心行星科学家Melissa Trainer表示，火星每个季节的氧气变化与大气动力学无关，可能由某种我们无法解释的化学过程造成。研究人员注意到火星甲烷似乎和氧气存在同样的变化规律——比如火星夏季的甲烷含量会急剧增加，最多能升高60％，有时候甲烷和氧气还会出现同步上升的现象。
鉴于两种气体都可以通过有机过程（即生命）产生，因此有人大胆猜测这是火星存在生命的有力证据，但研究人员认为地质学可能性更大一些。马里兰大学天文学家Tim McConnochie提出，火星表层土壤中可能含有某种随季节变化的物质，或许正是它造成了火星大气的神秘变化。
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