火星是一個荒蕪的星球，其稀薄的空氣包含95％的二氧化碳，2.6％的氮（N2），1.9％的氩氣，0.16％的氧氣以及0.06％的一氧化碳。相比之下，地球大氣層主要由氮氣和氧氣構成，分别占78.09％和20.95％。
自從2012年登陸火星以來，NASA好奇号漫遊車發回大量寶貴的科學數據。目前好奇号正在有條不紊地攀登5500米高的夏普山。除了仔細研究腳下的岩石之外，好奇号還收集火星大氣層的數據并測量季節性大氣變化。科學家已經注意到，火星大氣中氧氣的變化完全不符合預期。
通常來說，火星大氣壓力以一年為周期變化——處于冬季的半球，二氧化碳會在極地凍結，使整個半球的氣壓下降，進而導緻火星全球大氣的重新分布。到了春季極地融化釋放二氧化碳，該半球氣壓升高，氣體向全球擴散并使火星大氣逐漸趨于平衡。
其他氣體的波動基本與二氧化碳保持相同比例，比如氮氣和氩氣的變化就完全符合預測，但氧氣卻截然不同——在火星的春季和夏季，氧氣含量上升約30％，随後在秋季下降到正常水平，另外每年氧氣的增加量都在變化，似乎有某種生物正在向火星大氣排放氧氣。
由于火星氧氣的奇怪變化用現有理論根本無法解釋，科學家最初懷疑是好奇号的測量儀器或軟件發生故障，但仔細檢查之後發現一切正常。有科學家認為這種現象與火星土壤含有大量氧氣有關，但土壤中的氧氣釋放或吸收的機制卻無從得知。
美國宇航局戈達德航天中心行星科學家Melissa Trainer表示，火星每個季節的氧氣變化與大氣動力學無關，可能由某種我們無法解釋的化學過程造成。研究人員注意到火星甲烷似乎和氧氣存在同樣的變化規律——比如火星夏季的甲烷含量會急劇增加，最多能升高60％，有時候甲烷和氧氣還會出現同步上升的現象。
鑒于兩種氣體都可以通過有機過程（即生命）産生，因此有人大膽猜測這是火星存在生命的有力證據，但研究人員認為地質學可能性更大一些。馬裡蘭大學天文學家Tim McConnochie提出，火星表層土壤中可能含有某種随季節變化的物質，或許正是它造成了火星大氣的神秘變化。
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