「好奇」號發現火星古綠洲

2020-11-18 黎川發布

2019-10-16來源：中國科學報

新一代火星探測器「好奇號」工作模型開始沙漠測試。 圖片來源：視覺中國

如果搭乘時光列車回到35億年前，火星會是什麼樣子？這幅圖景正在美國宇航局「好奇」號漫遊者的科學家面前徐徐展開。

想像一下，蓋爾隕石坑的地面上點綴著池塘，這是一個寬150公裡的古老盆地，「好奇」號正在進行探索。水流可能曾衝擊隕石坑的牆壁，衝向其底部。如果通過快進觀看歷史，你會發現這些水道先是溢出，然後乾涸，這個循環可能在數百萬年裡重複了無數次。

「好奇」號的科學家在近日發表於《自然—地球科學》的論文中描述了這樣的景觀。作者將探測器發現的富含礦物鹽的巖石解釋為鹹水淺池塘的證據，這些鹹水池塘經歷了周期性的溢流和乾涸。隨著火星環境從溼潤轉變為今天的寒冷沙漠，這些沉積物成為氣候變化的標誌。

科學家想知道這種轉變花了多長時間、什麼時候發生。這條最新的線索可能是「好奇」號前往一個被稱為「含硫酸鹽單元」的區域時發現的跡象，該區域預計是在更乾燥的環境中形成的。這與山下的情況截然不同，「好奇」號在那裡發現了淡水湖泊存在的證據。

蓋爾環形山是一次大規模撞擊的古老遺蹟。由水和風攜帶的沉積物一層層地填入火山口底部。沉積物變硬後，風把分層的巖石雕刻成高聳的夏普山。現在，沉積層暴露在山坡上，每一層都揭示了火星歷史的不同時代，隱藏著當時主要環境的線索。

「我們去蓋爾環形山是因為它保存了火星變化的獨特記錄。」美國加州理工學院William Rapin說，「了解火星的氣候何時以及如何開始演變是另一個謎：火星什麼時候能夠支持地表微生物的生存？支持了多久？」

他和合作者描述了在150米高的沉積巖「薩頓島」發現的鹽類，「好奇」號於2017年訪問了這個地方。根據一個叫作「老浸水者」的地方的一系列泥裂縫，研究小組已經知道該地區有間歇性的乾旱期。但薩頓島的鹽類表明，那裡的水也濃縮成了鹽水。

通常，當一個湖泊完全乾涸時，會留下一堆堆的純鹽晶體。但薩頓島的鹽卻不同：首先，它們是礦物鹽，不是食鹽。它們還與沉積物混合，表明其是在潮溼的環境中結晶的——可能就在充滿鹹水的不斷蒸發的淺池塘下面。

考慮到地球和火星在早期的相似性，Rapin推測，薩頓島可能類似於南美洲高原上的鹽湖。溪流和河流從山脈流入這個乾旱、高海拔的高原，形成了類似於火星古代蓋爾環形山的封閉盆地。高原上的湖泊和蓋爾一樣，深受氣候的影響。

「在乾旱時期，地球上的高原湖變得更淺，一些可能會完全乾涸。」Rapin說，「它們沒有植物，這一事實甚至讓它們看起來有點像火星。」

薩頓島富含鹽分的巖石只是探測團隊用來拼湊火星氣候變化的線索之一。從「好奇」號2012年開始的整個旅程來看，科學團隊在火星上看到了一個從溼到幹的漫長周期。

「在爬上夏普山時，我們看到了一個整體趨勢，即從溼潤地貌到乾燥地貌。」「好奇」號項目科學家、美國加州帕薩迪納市噴氣推進實驗室的Ashwin Vasavada說，「但這一趨勢不一定以線性方式出現。它更有可能是混亂的，包括更乾燥的時期，就像我們在薩頓島看到的那樣，然後是更溼潤的時期，就像我們今天在『好奇號』探索的『黏土承載單元』中看到的那樣。」

到目前為止，漫遊者已經遇到了許多在湖底緩慢沉積的平坦沉積層。研究小組成員、美國田納西大學沉積層研究者Chris Fedo指出，「好奇」號目前正在穿越大型巖石結構，這些結構可能只在較高能量的環境中形成，比如大風吹過的地區或流動的溪流。

風或流水將沉積物堆積成逐漸傾斜的地層。當它們硬化成巖石時，就會變成類似於「藍綠色山脊」的大型結構。這是今年夏天「好奇」號發現的。

「發現傾斜層代表了一個重大的變化，這裡的景觀不再完全在水下。」Fedo說，「我們可能已經告別了深湖時代。」

「好奇」號已經在這個遙遠的含硫酸鹽的單元中發現了更多的傾斜層。科學小組計劃在未來幾年內開車到那裡，調查那裡的許多巖石結構。如果它們是在乾燥條件下形成的，並持續了很長一段時間，這可能意味著這些含黏土的單元代表了一個介於兩者之間的階段——蓋爾隕石坑的水歷史進入了一個不同的時代。

「我們還不能說我們是否在黏土單元看到風或河流沉積，但我們可以放心地說，這肯定不是以前發生的事情，也不是未來的事情。」

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