在太空探索的历史上，科学家们首次测量了火星上大风坑表面正上方的空气中填充气体的季节变化。结果，他们注意到了令人困惑的事情：氧气，许多地球生物用来呼吸的气体，其行为方式到目前为止，科学家们还无法通过任何已知的化学过程进行解释。

在三年的火星历程(或将近六个地球年)中，NASA好奇号火星探测车腹部的火星样品分析(SAM)便携式化学实验室中的仪器吸入了Gale Crater的空气并对其成分进行了分析。SAM喷出的结果证实了表面的火星大气组成：95%的二氧化碳(CO2)，2.6%的分子氮(N2)，1.9%的氩气(Ar)，0.16%的分子氧(O2)和0.06%一氧化碳(CO)。他们还揭示了全年中火星空气中的分子如何随着气压的变化而混合和循环。这些变化是由于CO2冬季，天然气会在两极冻结，从而在重新分配空气后降低整个星球的气压，以保持压力平衡。当CO2在春季和夏季蒸发并在整个火星中混合时，它将升高气压。

在这种环境下，科学家发现氮气和氩气遵循可预测的季节性模式，全年相对于空气中的CO2含量，大风火山口的浓度呈上升和下降趋势。他们希望氧气也能这样做。但事实并非如此。取而代之的是，整个春季和夏季，空气中的气体量最多增加了30%，然后在秋季下降到已知化学方法预测的水平。尽管向大气中添加的氧气量有所变化，但这种模式在每个春天都重复出现，这暗示着有某种物质在产生并随后将其带走。

密歇根大学安娜堡分校气候与空间科学教授苏希尔·阿特雷亚(Sushil Atreya)说：“我们第一次看到这一点，真是令人费解。”Atreya是该主题论文的合著者，该论文于11月12日发表在《地球物理研究杂志：行星》上。

一旦科学家发现了氧气的谜团，火星专家便着手尝试对其进行解释。他们首先对用于测量气体的SAM仪器(四极质谱仪)的准确性进行了两次和三次检查。仪器很好。他们考虑了CO2或水(H2O)分子在大气中破裂时可能释放出氧气，导致短暂上升的可能性。但是，要比火星高出五倍的水才能产生额外的氧气和CO2分解太慢而无法在这么短的时间内生成它。氧气减少呢?太阳辐射能将氧气分子分解成两个原子并吹向太空吗?科学家得出结论，不是，因为氧气至少需要10年才能通过此过程消失。

领导这项研究的美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的行星科学家梅利莎·特纳说：“我们正在努力解释这一点。”“事实上，每个季节的氧气行为都不是完全可重复的，这使我们认为这与大气动力学无关。它必须是我们无法解释的某种化学来源和吸收剂。”

对于研究火星的科学家来说，氧气的故事与甲烷非常相似。甲烷不断地在大风火山口中漂浮，其数量很少(平均为0.00000004%)，即使用火星上最灵敏的仪器也几乎看不到。不过，它是由SAM的可调激光光谱仪测量的。该仪器显示，尽管甲烷随季节上升和下降，但由于莫名其妙的原因，在夏季，甲烷的丰度增加了约60%。(实际上，甲烷还会随机且急剧地增加。科学家们正在试图找出原因。)