毅力号最新发现！走进耶泽罗撞击坑湖底，探索火星的过往

2021 年春天，科学家们在 NASA 毅力号火星漫游者开始检查耶泽罗撞击坑( Jezero Crater )底部的岩石时感到十分惊讶:因为这个陨石坑在数十亿年前有一个湖泊，他们原本预计会发现沉积岩，这是沙子和泥土在曾经是水的环境中沉淀时形成的。但与此相反，他们发现海底是由两种火成岩组成的——一种是由地下深处的岩浆形成的，另一种是由地表的火山活动形成的。

8 月 25 日发表的四篇新论文描述了这些发现。在《科学》杂志上，一篇文章概述了毅力号在 2022 年 4 月抵达耶泽罗的古老河流三角洲之前对陨石坑底部的探索，同一杂志上的另一项研究详细描述了看起来像是由厚岩浆体形成的独特岩石。另外两篇发表在《科学进展》( Science Advances )上的论文详细介绍了毅力号的岩石蒸发激光和探地雷达确定火成岩覆盖陨石坑底部的独特方法。

时代之石

火成岩是优秀的计时器:它们内部的晶体记录了它们形成的精确时刻的细节。

“我们收集到的火成岩的一个重要价值是，它们会告诉我们这个湖何时出现在耶泽罗。我们知道它在那里的时间比火成岩坑底部岩石形成的时间更晚，”加州理工学院的肯·法利说，他是毅力号项目的科学家，也是《科学》杂志第一篇新论文的第一作者。“这将解决一些主要问题:什么时候火星的气候有利于在火星表面形成湖泊和河流，什么时候它变成了我们今天看到的非常寒冷和干燥的样子?”

毅力号用它的沃森相机拍摄了这个外号为“福克斯”的岩石目标的特写，它是探测器机械臂末端的 SHERLOC 仪器的一部分。这张照片拍摄于 2021 年 7 月 11 日，这是该任务的第 139 个火星日。

然而，由于它的形成方式，火成岩并不是毅力号一直在寻找的保存古老微观生命迹象的理想物质。相比之下，确定沉积岩的年龄可能具有挑战性，特别是当它包含在岩石沉积物沉积前不同时期形成的岩石碎片时。但沉积岩往往形成于适合生命生存的水环境中，更能保存古老的生命迹象。

这就是毅力号自 2022 年 4 月以来一直在探索的富含沉积物的河流三角洲为什么对科学家来说如此诱人的原因。火星探测漫游者（ Mars Exploration Rover, MER ）已经开始在火星上钻探和收集沉积岩的岩芯样本，以便“火星样本返回”计划( Mars Sample Return )将这些样本带回地球，利用强大的实验室设备进行研究，这些设备过于庞大，无法带到火星上。

神秘的岩石

发表在《科学》杂志上的第二篇论文解开了一个关于火星的长期谜团。多年前，火星轨道飞行器发现了一个充满矿物橄榄石的岩层，约 27000 平方英里( 70000 平方公里)——几乎是南卡罗来纳州的大小——这个岩层从耶泽罗陨石坑的内部边缘延伸到周围地区。科学家们提出了各种各样的理论来解释为什么在如此大的表面区域会有如此多的橄榄石，包括陨石撞击、火山爆发和沉积过程。另一种理论是，橄榄石是在地下深处慢慢冷却的岩浆——熔融的岩石——在暴露出地表之前随着时间的推移慢慢侵蚀而成的。

2022 年 2 月 16 日，也就是该任务的第 353 个火星日，“毅力号”在耶泽罗撞击坑的地面上看到了一大片巨石。

位于南加州的 NASA 喷气推进实验室的 Yang Liu 和她的合著者已经确定最后一种解释是最有可能的。毅力号磨砺岩石，露出岩石的成分;在研究这片暴露的区域时，科学家们把重点放在了橄榄石的大颗粒尺寸上，以及岩石的化学成分和结构上。他们使用毅力号的X射线岩石化学行星仪( PIXL )，测定了该地区 1 到 3 毫米的橄榄石颗粒—远远大于地球表面迅速冷却的熔岩中形成的橄榄石的尺寸。“这种大的晶体尺寸和在特定岩石纹理中的均匀组成需要一个非常缓慢的冷却环境，” Yang Liu 说。“所以，很有可能，耶泽罗的岩浆并没有在地表喷发。”

更先进的工具

《科学进展》的两篇论文详细介绍了科学仪器的发现，这些仪器帮助确定火成岩覆盖在火山口底部。这些仪器包括毅力号的超级相机（ SuperCam )和火星地下实验雷达成像仪（ RIMFAX ，一种探地雷达）。SuperCam 配备了岩石蒸发激光器，可以从 20 英尺( 7 米)远的地方击中铅笔尖那么小的目标。它利用可见光光谱仪来研究产生的蒸汽，以确定岩石的化学成分。在毅力号在火星上的头 10 个月里，超级摄像机记录了 1450 个点，帮助科学家得出了关于陨石坑底部火成岩的结论。

此外，超级摄像机使用近红外线光——这是火星上第一个有这种能力的仪器——它发现水改变了陨石坑底部岩石中的矿物质。然而，根据激光和红外线观测结果，这种变化并不是在陨石坑底部普遍存在的。“超级摄像机的数据表明，要么这些岩层是从耶泽罗的湖水中分离出来的，要么这个湖只存在了有限的时间，” Roger Wiens 说，他是超级摄像机在普渡大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的首席研究员。

RIMFAX 标志着另一个首次:火星轨道飞行器携带探地雷达，但在“毅力号”之前，火星表面还没有航天器。在地面上， RIMFAX 可以提供无与伦比的细节，并测量了深达 50 英尺( 15 米)的陨石坑底部。它的高分辨率雷达图显示，岩层出人意料地向地下倾斜了 15 度。了解这些岩层是如何排列的，可以帮助科学家建立耶泽罗陨石坑形成的时间表。

“作为首个在火星表面运行的仪器， RIMFAX 已经证明了探地雷达作为地下探测工具的潜在价值，”挪威奥斯陆大学的首席研究员 Svein-Erik Hamran 说。这支科学团队对他们目前的发现感到兴奋，但最让他们感到兴奋的是未来。

参考文献：

[1]NASA’s Perseverance Makes New Discoveries in Mars’ Jezero Crater | NASA