夏普山從火星蓋爾隕石坑的底部升起，是一堆名為夏普山的沉積岩，高出地面 5.5 公里。這座山只比北美最高的山峰，阿拉斯加的德納利山（Denali，近 6.2 公里高）稍矮一些。地球上的巨大山脈通常是由地殼板塊碰撞或火山爆發形成的。但是火星沒有這種板塊活動，並且其火山可能至少在 5 億年前就沒有活動了。因此，行星科學家一直困惑於夏普山——以及其他數十個從火星隕石坑中升起的巨大山峰——是如何形成的。自 20 世紀 70 年代美國宇航局的“海盜號”宇宙飛船首次發現這些土丘以來，這一直是一個持久的謎題。
現在，研究支援這樣一種觀點，即火星稀薄大氣中的風（風速高達每小時 95 公里）經過數十億年的時間，透過削去曾經充滿隕石坑的周圍岩石而形成了夏普山，就像一位藝術家從一塊石頭中雕刻出一件雕塑品一樣。該研究結果於 3 月 31 日發表在《地球物理研究快報》雜誌上。
德克薩斯大學奧斯汀分校的地質學研究生麥肯齊·戴（Mackenzie Day）和她的同事們使用了一個小學科學專案的方法來解決這個謎題：他們建立了一個微型隕石坑。他們的隕石坑非常精確，寬 30 釐米，深 4 釐米，並裝滿了潮溼的沙子，以代表可能曾經充滿隕石坑的沉積物。然後，科學家們將他們的小型仿製品放在風洞中並打開了風扇。風首先在潮溼的沙子中形成了一個新月形的裂口，其末端指向遠離風扇的方向。然後，這個裂口逐漸擴大，直到變成一個環狀的護城河，使中心的沙子保持完整。隨著時間的推移，護城河不斷加深，直到到達隕石坑的底部，但中間的沙堆仍然很高——這表明風侵蝕可以形成科學家在火星上看到的東西。“這已經足夠清楚了，”戴的導師和德克薩斯大學奧斯汀分校的地質學家加里·科庫雷克（Gary Kocurek）說。“但是在風洞中有一個簡單的小模型是一回事。我們想獲得更好的量化。”因此，戴、科庫雷克和他們的同事們隨後建立了一個計算機模型，以更好地描繪火星環境中氣流與隕石坑邊緣的相互作用。
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上排顯示了可能處於不同侵蝕階段的不同火星丘陵，而下排顯示了風洞實驗中隕石坑模型的結果。暖色到冷色表示高海拔到低海拔。
圖片來源：Mackenzie Day
布朗大學的地質學家拉爾夫·米利肯（Ralph Milliken）沒有參與這項研究，他對團隊將物理模型與數值模擬相結合的方式印象深刻。“在行星科學界，看到這種事情是很罕見的，”他說。儘管這些模型不能反駁另一種風驅動理論——即微風透過將岩石顆粒帶到土丘上來堆積它們，而不是將它們雕刻出來——但它們確實很好地解釋了另一種理論尚未解釋的某些特徵。例如，坦佩市亞利桑那州立大學的地質學研究生克里斯汀·貝內特（Kristen Bennett）發現，許多火星土丘在其隕石坑內是偏離中心的。“這個[模型]表明風侵蝕可以做到這一點，”她說。一旦中央土丘被挖出，猛烈的風就會將其推向隕石坑的一側。
在地球上，這些逐漸產生的影響常常被更快移動的力量（如板塊構造和火山活動）所掩蓋。“風是強大的，但它是緩慢的，”戴說。“在火星上，這些隕石坑已經暴露在地表 30 億年了，所以有足夠的時間來完成這項工作，並以一種我們在地球上從未真正看到過的方式將物質移走。因此，這是一個以我們以前從未真正見過的方式來說明風的力量的結果。”
這些土丘還提供了從潮溼宜居世界到我們今天看到的乾燥不適宜居住的世界的火星演變的絕佳視角。夏普山的地層從底部的岩石層（在潮溼時期鋪設）過渡到頂部的其他層（在乾燥時期鋪設）。雖然在地球上的特定地方可以看到從水驅動的世界到風驅動的世界的變化（例如，撒哈拉沙漠的標誌性沙丘是被風改造的河流沉積物），但在火星上是全球性的。“這就是我們在這些土丘中看到的——它捕捉到了整個場景，”科庫雷克說。在一個地方，科學家們可以研究整個行星的轉變。