火星上面存在的水。即使是在電影裡,你也找不到比他們更不可能的夥伴了。但從前,火星這個不毛之地也是鬱鬱蔥蔥,溼漉漉的。
科學家們一直在探索火星水的歷史,而行星科學家們剛剛發現,在火星表面之下,至少有兩個不同的古代水庫可能被保存下來,它們具有不同的化學特徵。
這一發現表明,與地球不同,火星可能沒有一個巨大的地下巖漿海洋環繞著整個星球。
亞利桑那大學的行星科學家傑西卡·巴恩斯解釋說:「許多人一直試圖弄清火星的水史。「水是從哪裡來的?」它在火星的地殼(表面)裡有多長時間?火星內部的水從何而來?水能告訴我們火星是如何形成和演化的嗎?」
證據是在火星巖石中發現的。我們不能馬上趕到火星去帶回了來;事實上,到目前為止,我們甚至還沒有進行過機器人火星樣本返回任務。但偶爾,火星還是會來到我們身邊的。
從火星外殼上脫落的隕石會不時地飛向地球。在地球實驗室裡,研究人員使用最先進的技術仔細研究了兩顆這樣的隕石——1984年在南極洲發現的艾倫·希爾斯84001隕石和2011年在撒哈拉沙漠發現的非洲西北部7034隕石。
研究小組研究了鎖在火星巖石中的氫同位素。同位素是一種中子數不同的元素的變體;氘——也被稱為重氫——有一個質子和一個中子。氫元素的同位素「氕」,其原子核只有一個質子,沒有中子。
因為氫是水的組件之一,這兩個同位素的比率被鎖在巖石的歷史可以幫助我們了解他們的水,它就像一個水的化石,它的存在的印記,可以分析學習化學過程是主體,和它的起源。
巴恩斯和她的團隊並不是第一個為了了解火星上的水而研究火星隕石中的氫同位素的人。但是以前的結果是分散和不一致的。
在地球上,protium是佔主導地位的氫同位素。大氣(雖然那裡沒有多少氫)、巖石中的水和海洋中的水都是如此。
在火星上,氘是大氣中佔主導地位的氫同位素,這可能是因為太陽輻射正在剝離氚——但是科學家測試的巖石中的同位素比率已經從類地走向類火星。
因此,巴恩斯和她的團隊決定對隕石進行更仔細的研究,他們確信這些隕石起源於火星地殼。
根據之前進行的放射性衰變年代測定技術,艾倫·希爾斯84001在39億年前與火星地殼中的液體相互作用。類似的分析表明,非洲西北部7034在15億年前與流體發生了相互作用。
當巴恩斯和她的團隊進行同位素分析時,他們發現兩個樣本的同位素比值相似,都處於地球水的比值和火星大氣的比值之間。更奇怪的是,這個比例與好奇號探測車在火星上分析的年輕巖石相似。
這表明,這些水的化學成分在大約39億年的時間裡是一致的——考慮到之前的研究,這是一個完全出乎意料的結果
「火星隕石基本上在所有地方都有分布,所以試圖找出這些樣本究竟告訴我們什麼關於火星地幔的水,在歷史上一直是一個挑戰,」巴恩斯說。
「我們關於地殼的數據如此不同,這一事實促使我們查閱科學文獻,仔細研究這些數據。」
但是,當研究小組將他們的研究結果與之前在火星地幔(地殼以下)隕石中氫同位素的研究結果進行比較時,他們發現了一些真正令人驚訝的東西。地幔隕石可分為兩類不同的火成巖,稱為雪戈特巖。
化學特徵表明,火星地幔中存在著兩種不同的、未混合的水儲藏庫。這可能意味著,與地球不同,地幔下的液態巖漿的全球海洋並沒有使上面的層變得均勻。
火星內部的這兩種不同的水源可能會告訴我們,什麼樣的物體可以合併成內部的巖石行星。這一背景對於了解火星過去的宜居性和天體生物學也很重要。