NASA好奇号火星车发现了火星曾被海洋覆盖的新证据

火星岩板中的裂缝网络被称为“Old Soaker”，可能是由于30多亿年前泥层的干燥而形成的。该视图从左到右的跨度约3英尺（约合90厘米），结合了NASA好奇号火星车机械臂上火星手持透镜成像仪（Mars Hand Lens Imager，MAHLI）拍摄的三幅图像。
图片版权：NASA / JPL-Caltech / MSSS

如果时间能倒流，宇宙回到35亿年前，火星又会是什么样的呢？随着美国航空航天局（NASA）好奇号（Curiosity）火星车的一步步探索，这颗红色星球的历史容貌也逐渐变得明晰起来。

好奇号如今探索的盖尔环形山（Gale Crater，也称“盖尔陨石坑”），在遥远的过去曾是一片直径大约100英里（约合150千米）的盆地。想象一下，几十亿年前这里也有众多的池塘如微云点缀；水源也可能曾经在四壁交错纵横，最后汇聚于环形山的底部。将火星的“历史纪录片”快进播放，或许就能看到这些水渠水道先是水源溢流，而后又逐渐干涸，如此往复，在数百万年间自然循环。

10月7日，好奇号科学家在《自然•地球科学》（Nature Geoscience）上发表的一篇最新论文中，就描述了上面的火星景象。论文作者认为，好奇号火星车发现的富含矿物质盐的岩石，就是经历过多次水源溢流和干涸的浅型咸水池塘曾经存在的证据。几十亿年来，火星的环境由起初的湿润转向如今的严寒干燥，而这些矿物质盐沉积正是水源在历经气候波动之后留下的独特印迹。

科学家们想要知道：这样的气候转变耗时多久？又是在何时发生的？矿物质盐沉积这一最新的线索，可能就是这两个谜题即将被揭开的迹象之一，因为好奇号正向着一处富含硫酸盐的区域（被称作“sulfate-bearing unit”）前进，科学家认为，这片区域的形成环境或许更为干燥。在此之前，好奇号曾在盖尔环形山更低的区域发现过淡水湖曾持续存在的证据，而即将探索的富含硫酸盐的区域则与之有着极大的差异。

盖尔环形山是火星古老遗迹的聚宝盆，对火星历史研究影响深远。水和风裹挟的沉积物最终沉降在环形山底部，一层一层叠积填盖；在沉积物硬化之后，风力将这些层状岩石蚀刻成高耸的夏普山（Mount Sharp），也就是如今好奇号正在攀爬的火星山。裸露于山坡上的岩石之中，每一层沉积都揭示了火星历史的不同时代，隐藏了当时普遍的环境信息。

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好奇号火星车的探索，让我们了解了很多火星历史的相关信息以及潜在的生命存在迹象。视频中展示了好奇号的着陆点盖尔环形山。
视频版权：NASA JPL

“我们之所以选择了盖尔环形山，正是因为它保留了火星环境不断变化的独特记录，”论文的主要作者、来自加州理工学院（California Institute of Technology，Caltech）的威廉•拉平（William Rapin）说道，“了解这颗红色星球的气候是何时以及如何开始发生演变的，则将我们引向了另一个难题：火星的环境从何时开始能够支撑微生物在表面生存，这一环境状态又持续了多久呢？”

在论文中，拉平和共同作者描述了好奇号在2017年探索的一片区域：高达500英尺（约合150米）的沉积岩，在这个被称为“萨顿岛”（Sutton Island）的位置，好奇号发现了一些矿物盐。基于一系列在“古浸泡区”（Old Soaker）处的泥浆裂缝，研究团队已经了解到，这片区域经历了间歇性的干燥时期，另一方面，萨顿岛中的矿物盐也表明火星历史上的水源因环境变干而浓缩成了盐水。

通常而言，当一片湖泊完全干涸时，会残留下大量纯盐晶体。但在萨顿岛发现的盐却不太一样：首先，萨顿岛的盐属于矿物盐，而非食用盐（氯化钠，这应该是显然的啦～）；其次，这些矿物盐的纯度并不高，还有沉积物混在其中，这表明它们晶体的形成和生长环境是潮湿的，可能恰好就在正处于蒸发阶段、充满了咸水的浅水池塘下面。

考虑到在早期阶段，地球和火星的环境状况十分相似，拉平推测萨顿岛可能类似于南美洲阿尔蒂普拉诺高原上的咸水湖。溪水和河流从山脉流入这片干旱的高海拔高原，形成了类似于火星古老的盖尔环形山一样的封闭盆地。与盖尔环形山相似，阿尔蒂普拉诺高原上的湖泊也受到气候的重大影响。

“在较为干燥的时期，阿尔蒂普拉诺高原上的湖泊会逐渐变浅，有些甚至会完全干涸，”拉平表示，“由于那些湖泊周围没有植被，干涸之后的景象甚至看上去有点像火星表面。”

在南美洲阿尔蒂普拉诺高原上的基斯基罗（Quisquiro）盐滩，咸水湖随处可见，科学家认为，火星盖尔环形山中可能存在过类似的景象（目前，好奇号正在探索这片古老而神奇的陨石坑）。阿尔蒂普拉诺高原跨越了多个国家和地区，其中的基斯基罗盐滩则位于智利境内。溪水和河流从山脉流入这片干旱的高海拔高原，形成了类似于火星古老的盖尔环形山一样的封闭盆地。与盖尔环形山相似，阿尔蒂普拉诺高原上的湖泊也受到气候的重大影响。
图片版权：马克西姆•博恰罗夫（Maksym Bocharov）

火星逐渐干燥的线索与迹象

火星气候究竟是如何一步步演变至今的？除了萨顿岛上富含矿物质盐的岩石，好奇号火星车研究团队还发现了很多其他重要的线索。好奇号从2012年就开始它的火星之旅，在整个7年旅程之中，研究团队已经能观察到：在相对较长的时间段内，如今的火星正在经历由干到湿的循环。

“在好奇号攀登夏普山时，我们观察到了从潮湿到干燥的整体趋势，”加利福尼亚州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）的好奇号项目科学家阿什温•瓦萨瓦达（Ashwin Vasavada）说道，“但是这种趋势并不一定是以线性方式发生的，它更可能是混乱的。它可能包含了更干旱的时期，就如我们在萨顿岛所看到的那样；随后则是比较湿润的时期，就如我们在好奇号如今正在探索的‘富含泥土的单位区域’（clay-bearing unit）中看到的那样。”JPL领导了包含好奇号项目在内的火星科学实验室（Mars Science Laboratory）任务。

这张动图演示了科学家关于盖尔环形山中咸水池塘形成的猜测：水源从夏普山流入盖尔环形山底部，随着时间的推移，环境逐渐干燥，水分蒸发从而留下了一个个咸水池塘。动图的低处表示盖尔环形山的底部，左上的高处表示夏普山的一侧。在夏普山上一片名为萨顿岛的区域中，NASA的好奇号火星车发现了富含矿物质盐的岩石，这表明水分消失的速度很慢，并且不是一次性完全消失的，而可能是在不断的干涸-溢流循环中逐渐消失殆尽的。这一最新的发现，可能就是火星气候在几十亿年间逐步干燥的水之印记。
动图版权：亚利桑那州立大学知识企业发展（ASU Knowledge Enterprise Development），迈克尔•诺思罗普（Michael Northrop）

到目前为止，好奇号已经观察到了许多平坦的沉积物层，它们在很久之前就已轻轻地沉积在湖底。好奇号研究团队成员、田纳西大学（University of Tennessee）专攻沉积层研究的克里斯•费多（Chris Fedo）指出：好奇号目前正在大型岩石结构上行进探索，而这些岩石结构只能在高能量的环境中形成，例如被风蚀刻的区域或流动的水源之中。

风力或水流的能量会将沉积物堆积成逐渐倾斜的层状结构，当沉积物硬化成岩石时，它们就会变成类似于“青色山脊”（ Teal Ridge）的大型地质结构，今年夏天的时候好奇号对青色山脊进行了调研。

“在火星上找到倾斜的层状结构象征着一个重大的转变，这表明那片区域不再完全位于水下，”费多说，“我们可能漏掉了深水湖存在的火星时代。”

好奇号已经发现了远处富含硫酸盐区域中更多的倾斜层状结构，研究团队计划在未来几年内让好奇号火星车驶向那里，对其中多处岩石结构进行更加细致的调研。如果这些岩石在较为长期的干燥条件下形成，则可能意味着这片满是泥土的单位区域代表了介于干燥和湿润环境之间的阶段，它或许是通向盖尔环形山水之历史不同时代的关键途径。

费多说：“我们是否在泥土区域中看到了在风或水的作用下产生的沉积物？我们现在还不能肯定；但我们可以放心地说，它绝对与之前的湿润时期和之后的干燥时期不同。”

参考来源：
[1]https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7514
[2]https://www.nature.com/articles/s41561-019-0458-8
[3]https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4734
[4]https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6721
[5]https://mars.nasa.gov/news/8498/new-finds-for-mars-rover-seven-years-after-landing/