探索古代火星奧秘：岩石中發現大量礦物質揭示水環境變化

文：娟娟

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科學家從好奇號火星車（Curiosity rover）在火星夏普峰採集的最初的4個岩石樣本中，發現了大量不同種類的礦物質。這些礦物質暗示著，隨著時間的流逝，火星上的水環境也發生著變化。

圖片：火星 版權：NASA

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2012年8月，當好奇號在這顆紅色星球154公里寬的蓋爾隕坑（Gale Crater）著陸後不久，它就發現證據證明，這個區域在遙遠的古代，已經有一個潛在的宜居湖泊和溪流系統（potentiallynhabitable lake-and-stream system）。

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2014年，好奇號到達夏普峰（位於蓋爾隕坑裡）山底。這個地區在大約35億年前，應該是被湖水淹沒的，山底的岩石層就是古代湖泊里堆積而成的沉積物。軌道紅外光譜（Orbital infrared spectroscopy）顯示，夏普峰的最低層存在礦物質的變化，這種變化則意味著該區域在歷史上發生過變遷。

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圖片：好奇號 版權：NASA

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最近，NASA約翰遜航天中心（NASAs Johnson Space Center in Houston）的天體材料研究與探索科學部門（英文簡寫ARES）的科學家，根據對好奇號所採集的4個樣本的分析，形成了一篇論文，發表在《地球與行星科學快報（Earth and Planetary Science Letters）》上。

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Elizabeth Rampe是論文的第一作者，她也是約翰遜航天中心探索任務的科學家，她介紹說：「好奇號在蓋爾隕坑調查夏普峰較低的岩層，這些岩層含有在水中沉積形成的礦物質，」「沉積層大約在35億年前形成，其時間恰恰與地球上生命開始的時間相吻合。我們認為，早期火星可能與早期地球很相似，因此，當時火星上的環境或許是宜居的（habitable）。」

圖片：夏普峰局部地形圖，顯示不同岩石樣本的取樣區域。 版權：NASA

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好奇號在夏普峰的底部附近鑽取了4個樣本，其中有3個來自帕朗山（Pahrump Hills），這是夏普峰山底一個隆起露頭的區域；另一個樣本有個有趣的名字，被稱為「麂皮（Buckskin）」，這個樣本曾在去年被報道過，相關數據也納入到這次的論文中。

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火星車上攜帶的化學與礦物學儀器採集的數據顯示，樣本中存在豐富的礦物質。這些礦物質則表明，古代的蓋爾隕坑有數種不同的環境。有證據表明存在不同pH值的水，以及不同的氧化條件。那些礦物質還顯示，「帕朗山」的岩石存在多個來源區域。

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之所以要研究這些岩層樣本，是因為它們可以提供有關火星曾經宜居性的信息，並且，確定在沉積岩中發現的礦物質，還可以產出關於形成它們的環境的更多數據。

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經過分析，科學家們了解到，夏普峰底部的礦物質，來自原始岩漿來源（primitive magma source）；它們富含鐵和鎂，類似於地球上夏威夷的玄武岩。

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再往上，科學家們看到更多的高硅氧礦物（silica-richnminerals），在「電報峰（Telegraph Peak）」樣本中，發現了類似石英（quartz）的礦物。

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在「麂皮（Buckskin）」n樣本中，發現了鱗石英（tridymite）。這個發現是挺有意思的，因為在地球上，鱗石英通常出現在地殼局部熔融形成的岩石中，而據目前所知，火星從未有過板塊構造（plate tectonics）。

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科學家們的命名也十分有趣，在「信心山（Confidence Hills）」和「莫哈韋2號（Mojave 2）」樣本中，發現了黏土礦物（claynminerals），這種物質基本上是在接近中性pH的液態水的存在下形成。這很可能是古代火星的環境有利於生命存在的良好指標。在此處還發現了黃鉀鐵礬（jarosite），這是在酸性溶液中形成的鹽，黃鉀鐵礬則表明，該區域在某個時期的某處，存在酸性液體。

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在這些樣本中，還存在不同的氧化鐵礦物（iron-oxidenminerals）。底部區域有赤鐵礦（Hematite），而在頂部區域只發現了磁鐵礦（magnetite）。赤鐵礦中含有氧化鐵，但磁鐵礦既含有氧化鐵，又含有還原形式的鐵。對科學家來說，氧化鐵礦物的類型可以告訴他們古代火星上水的氧化電勢。

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圖片：火星岩石，探索火星奧秘的重要窗口。 版權：NASA

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論文的作者們提出了兩種假設來解釋好奇號發現的礦物多樣性。

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第一種假設是：後期流體的出現。在岩石沉積物沉積之後，一些酸性的、氧化性的地下水進入該區域，從而導致了黃鉀鐵礬和赤鐵礦的沉澱。在這種情況下，湖泊中和後期地下水中的環境條件有很大的不同，但都提供了液態水和可能被微生物生命利用的化學多樣性。

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另一種假設是：曾經在湖底，火星上的水本身就被氧化了，因此，當時要麼就是大氣中有更多的氧氣，要麼就是有其他因素促進氧化。

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Rampe說：「我們有這樣的證據表明，火星曾經真的很濕潤，但是現在卻又乾燥又寒冷，」「今天，大量的水被鎖在極地或者高緯度的冰裡面。我們認為，好奇號研究的岩石揭示了曾經隨著火星逐漸失去大氣層、水分流失到太空中，古代的環境也發生了很大變化。」

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論文地址：

nnMineralogy of an ancient lacustrine mudstone succession from the Murray formation, Gale crater, Marsnnnn

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nnAstromaterials Research and Exploration Sciencennnn

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nnMars Science Laboratory, the Next Mars Rover
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