火星之魂:探測器發現暗示火星曾有溫暖潮溼時期

在紅色星球上的岩層中發現大量的碳酸鹽礦物,可能是在數十億年前富含水分的溫室條件下形成的


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對於美國宇航局的“勇氣”號火星探測器來說,在紅色星球上漫遊的日子可能已經成為過去,但這個輪式機器人旅行中的觀測仍然在產生科學效益。一項對該探測器近五年前收集的地質資料進行的新分析發現,火星上的一個岩層富含碳酸鹽,碳酸鹽是在富含水分、富含碳的環境中容易形成的礦物。根據這項研究,這一發現更加證實了火星可能曾經擁有更溼潤、更溫暖的氣候的假設,這歸功於稠密的二氧化碳大氣層。更重要的是,與被認為存在於火星其他地方的酸性水相比,碳酸鹽形成過程中涉及的水性過程指向了一個更適合生命的中性環境。

多條證據表明,火星表面過去有水流存在,但現在地球上的條件排除了液態水的存在。過去,火星表面可能要溫暖得多,特別是如果強大的大氣層為地球提供了顯著的溫室效應。經常被用來解釋溫暖時代的稠密二氧化碳大氣層應該在地球的地質上留下痕跡,因為碳和氧氣被封存在碳酸鹽礦物中。但在新的研究之前,在火星上只發現了少量的碳酸鹽,這為二氧化碳假說製造了一個證據問題。

一月份,在經過數月努力,未能將探測器從一片軟土中解脫出來後,美國宇航局宣佈“勇氣”號為固定科學平臺。但在2005年末,當探測器仍然可以移動時,它調查了古謝夫隕石坑一個被稱為哥倫比亞山地區的岩層群。配備了岩石磨損工具和一套光譜儀,這個機器人地質學家在被稱為科曼奇巖層的地質構造周圍進行探測,但其當時的發現並不具有決定性。然而,現在,根據《科學》雜誌6月3日線上發表的一項研究,來自“勇氣”號三個光譜儀的證據表明,科曼奇巖層中存在大量的碳酸鹽成分。

坦佩市亞利桑那州立大學的地質學家、該研究的共同作者史蒂文·拉夫說,資料採集和分析之間的部分延遲原因是,他使用的儀器,微型熱發射光譜儀(Mini-TES),在到達科曼奇巖層之前被一場風暴揚起的灰塵覆蓋。那場風暴清理了探測器的太陽能電池板並提高了其能量,但在光譜儀的光學路徑中引入了一種令人困惑的汙染物。“對探測器有益的東西對我們的儀器不利,”拉夫說。

多年來,Mini-TES團隊學會了如何糾正灰塵汙染。在美國宇航局約翰遜航天中心的行星科學家理查德·莫里斯的敦促下,拉夫的團隊回顧了他們從科曼奇巖層獲得的資料。莫里斯在“勇氣”號的穆斯堡爾伽馬射線光譜儀上工作。“很明顯,光譜特徵中有碳酸鹽,”拉夫說。伽馬射線光譜儀和一個第三光譜儀的資料與Mini-TES光譜一致。

這項新研究的主要作者莫里斯說,來自“勇氣”號上多個儀器的資料為科曼奇的碳酸鹽提供了更完整的證據。“它們完美地相互結合,不僅告訴我們是什麼碳酸鹽,還告訴我們那裡有多少,”莫里斯說。這些礦物似乎是鐵鎂碳酸鹽,構成了岩層岩石的三分之一。

拉夫說,科曼奇存在的碳酸鹽量是獨特的。“這是一個巨大的數字,”他說。“以前發現的一直是一兩個百分點——只是一點點……而這裡,我們看到的岩層不僅有碳酸鹽,而且有很多。”

問題是科曼奇巖層是反常現象,還是代表了火星上溫暖潮溼溫室條件下預測的大量碳和氧氣儲存。“如果我們僅將此視為火星上的眾多例子之一,即火星上的岩層有如此多的碳酸鹽,那麼它確實傾向於支援火星過去可能擁有更稠密的二氧化碳大氣層的觀點,”拉夫說。但他承認,對碳酸鹽的發現還有其他解釋——例如,該地區的火山活動可能貢獻了區域性二氧化碳來形成科曼奇礦物。“我們還沒有找到支援更稠密的二氧化碳大氣層存在的鐵證,但它至少與這個觀點一致。”

西雅圖華盛頓大學的行星科學家戴維·卡特林說,“勇氣”號的資料與在火星尼利福薩地區觀察到的來自火星勘測軌道飛行器的資料相結合,為火星上的碳酸鹽提供了強有力的證據。“關於火星上不存在碳酸鹽的舊說法並不完全正確,”卡特林說。

卡特林說,在新的分析中發現的碳酸鹽量是顯著的,但其來源仍不清楚。“那是非常多的碳酸鹽,”他指出,“但它是與主要是火山岩相關的。”卡特林說,如果二氧化碳來自地熱源,那麼它不會像新研究聲稱的那樣,提供關於火星早期大氣層的太多資訊。“我會在這一點上與論文的結論分道揚鑣,”他補充說。

“我認為它確實表明的是,它提供了更多證據表明早期火星上存在液態水區域,”卡特林說。“這些區域是在全球範圍內廣泛存在,還是更多地侷限在這些熱液系統中,在我們的資料中並不清楚。”

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