火星非死星：新影像揭開遠古湖泊、地下水與隱藏冰層

在這個撞擊坑裏面 我們能看到一套非常壯觀的岩石層林 就像一圈一圈的年輪 鋪滿了坑底 對地質學家來說 只要看到這種一層疊一層的結構 心裏就會忍不住激動起來 因爲這說明 這一片地區在很長的時間裏 經歷過不止一種地質作用 一般來說 有明顯分層 往往意味着 這裏夾雜着不同種類的岩石 不過有時候 這些岩層的成分其實很接近 只是形成的年代不一樣 舉個例子 這種情況可能出現在 河流每年氾濫後 流下的一層層洪水沉積物 也可能來自多次火山噴發堆下的 火山灰和火山碎屑 或者是富含冰的物質 每年甚至週期性地 一點一點鋪上去形成的層 在這張圖裏 我們還能看到另一種地貌特徵 叫做梯田狀臺地 就是當岩層被切割成 一塊塊平整的平臺 一層一層往上疊 看起來就像一節節臺階 這往往說明 隨着時間推移 這些岩層一直在被侵蝕 但有的岩層被摸得特別快 有的則比較康燥 那些被侵蝕得更快的層 通常岩石比較鬆軟 不太抗風溼 冰石和沙塵的打磨 這個隕石坑 位於火星南半球的高緯度地區 因此有很大可能 坑裏的這些沉積物裏 摻了不少冰 如果你把畫面放大一點看 會注意到地表上 有一堆一堆破碎的土丘 這種裂開的土堆 有時候就是地下有冰 冰融化或升化後 地面它先變形留下的痕跡 另一個有意思的現象 是在部分岩層背因的斜坡上 可以看到一條條細長的凹槽 也許這些凹槽 就是因爲坡面裏的冰升化 也就是直接從固態變成水汽 慢慢消失後 被一點點刻出來的 坡面通常比周圍平地 更容易升溫 所以冰更容易在這些地方 先變成氣體 逃離岩石 如果對這張圖 做更細緻的分析 還能幫助我們理解 這些沉積物 是經歷了多少個 鋪設侵蝕的循環 才變成現在這樣 以及每一個週期 大概持續了多長時間 這片沙丘場 在夏浦山的西北側翼 形成了一條顯眼的暗色帶 像一圈圍在山腰上的黑色飄帶 拍攝這張圖的時候 還是大清早 相機正對着太陽的方向 因此我們看到的沙子特別黑 一方面是因爲 清晨拉長的陰影 另一方面是因爲 構成這些沙粒的礦物 本身就比較深色 在沙丘的頂面 我們能看到 兩種不同尺度的峯石聯依 在沙面上交織在一起 較大的那一型 像蛇一樣彎曲的波峯線很明顯 和旁邊更細小 規則一些的聯依相比 非常容易分辨 沙丘和較小的這種聯依 在地球上也同樣存在 很熟悉 但這些相隔大約三米多左右的大型波紋 卻是一種在地球上沒見過 過去在火星上 也沒被單獨認出來的獨特形態 科學家們認爲 這個位於地勢略高處的矮丘 它那一圈圈硬化的邊緣 很可能是遠古的地下水 在火星上活動時加工出來的 這個小高地 位於蓋爾隕石坑中 一個被稱爲合狀構造區的地方 好奇好火星車在今年早些時候 曾在這裏長時間考察 當蓋爾隕石坑裏那些 長期存在的湖泊早已乾涸時 水並沒有完全消失 而是繼續在地下緩緩滲流 好奇後就找到了這些 地下水流下的顯著證據 它在地面上遇到了一道道 交叉分佈的低矮山脊 有些只有幾釐米高 這些山脊像格子一樣排布 地質學家把這種形態稱爲合狀構造 這些山脊下面的基岩 很可能是在古老的地下水 沿着岩石裂縫緩緩滲流時 帶來並沉積下礦物質 這些礦物慢慢在裂縫中堆積硬化 最終像水泥一樣 把這些縫隙貫成了一道道堅硬的脊 在接下來的漫長歲月裏 細沙在火星風中像沙質一樣 不斷打磨岩石本身 但這些被水泥化的礦物脊 卻更抗侵蝕 於是較軟的岩石被一層層吹掉 裏面抗溼的山脊網絡就被凸顯了出來 到目前爲止 好奇號看到的這些山脊 有的看上去就像一節節殘破的路岩石 而這種河狀的格子圖案 則沿着夏浦山的某一層 延伸了好幾英里 有趣的是 在夏浦山的其他地方 不論是好奇號在地面近距離觀察 還是軌道飛行器從高空俯視 都沒有發現類似的河狀構造 所以眼下的一個大謎團是 爲什麼只有這裏的這些裂縫 會被硬化成如此大規模成片的圖案 而爲什麼偏偏只是這一帶具備這樣的條件 這片高度構造化的地形 佈滿了錯綜複雜的斷層和破碎帶 低窪地帶則被較年輕的物質重新填滿 這種把年輕物質灌進凹地 像海水灌進海灣一樣的方式 在地質學上叫做海灣式填充 這種現象的存在 可以幫助科學家理清一個關鍵問題 到底是這些年輕的填充物先出現 還是大片構造斷層先形成 從而拼出這一片區域 各個地質事件發生的先後順序 這張有點像龍形的畫面 展示的是米拉斯峽谷西南部的一段峽谷底部 和兩側巖壁的景象 這裏的谷底覆蓋着一層非常特殊的沉積物 一塊塊淺色的巖塊 嵌在深色的基質之中 像拼接起來的碎片地板 在這些淺色塊體內部 高分辨率的圖像顯示出了一層層 僅有幾米厚的細薄岩層 大多數塊體的直徑大概在一百到五百米之間 多數看起來邊緣圓滑 也有一些拉長成條狀 伴隨棱角分明的邊緣 這些塊體的形態 暗示它們在形成之後 經歷過類似緩慢流動一類的延展性變形 比如與構造運動相關的整體位移或緩慢破壞 後來風把細沙吹進這些塊體之間 在深色基質區域形成一條條鋒程連依 在淺色與深色之間穿插其間 在峽谷的巖壁上 我們還能看到一些小山谷 南側的巖壁有兩種反射率不同的地質單元混合組成 其中淺色單元看起來較薄 只在局部零散的地方出入在地表 有些淺色沉積物只出現在山谷內部 這說明它們要麼是被水或風帶經低窪處沉積下來 要麼是山谷被侵蝕加深時 把原本埋在地下的淺色層翻到了地表 這張令人印象深刻的照片 記錄的是火星的一顆小衛星火貝2 它是由一艘名爲赫拉的航天器 在2025年3月12日進行引力助推飛略時拍下的 畫面中的火貝2顯得特別暗 因爲它正好被背後明亮的火星映襯着 顯得像一塊在星球前方漂浮的黑色石頭 這艘車大小的行星防禦航天器 當時距離這顆直徑約12.4公里的小衛星大約1000公里左右 抓拍下了這一瞬間 火貝2繞火星運行的軌道 距離火星表面大約23500公里 並且處於朝西鎖定狀態 也就是說它總是以同一面朝向火星 所以我們很少有機會看到這次圖像中這一側較暗的面 畫面上方比較亮的區域 是接近火星赤道的Terasibia地區 被周圍較暗的地形勾勒出來 就像一片淡色的路塊 在畫面右側 可以看到直徑約450公里的火伊根隕石坑的一部分 而右下角那片遼闊的明暗交界區域 則屬於赫拉斯盆地的一角 它是整個太陽系中已至最大的一批撞擊坑之一 直徑巨大 深度超過7公里 火星上分佈着厚厚的粘土層 有的厚度可以達到數十米甚至上百米 因爲粘土的形成離不開水 所以這些露出地表的粘土層 一直是科學家尋找火星遠古生命痕跡的重點目標 新的研究發現 這些粘土地形中的大部分 是在靠近地表近水體的環境中形成的 比如古老的湖泊、池塘一類在數十億年前 這樣的水體在火星上其實並不罕見 這種環境非常適合發生化學分化 岩石長期被寒水環境浸泡、分解 就能逐漸產生厚厚一層富含礦物質的粘土 同時這裏往往既有充足的水 又相對平穩 少有劇烈抬升和切割 可以爲潛在的宜居環境提供一種安安靜靜 長期維持的條件 讓適合生命的狀態保持得更久一些 科學家還注意到 這些厚粘土層 可能也是古代火星水循環與碳循環不平衡的一種信號 在地球上 我們在類似環境裏通常會看到富含碳酸鹽的岩石 但在火星上 預期會出現碳酸鹽鹽的地方 卻常常被厚厚的粘土層所取代 數十億年前 火星其實是一個潮溼的世界 有湖泊 有河流 這些水體在地表流淌 侵蝕 雕刻出我們今天依然能在火星表面看到的一道道地貌痕跡 這些厚粘土層 就是在那段多水的時期慢慢形成的 但在最近這批研究之前 人們對這些粘土到底是在什麼樣的微環境中形成的 周圍的地形如何影響了它們的演化 其實瞭解並不多 科研團隊重新分析了這些粘土沉積的高分辨率圖像和光譜數據 這些粘土最初是在美國航天局火星勘測軌道飛行器進行的全球調查中被發現的 研究人員梳理了它們在地形上的分佈特徵 並統計它們與其他重要地質構造 比如古湖泊沉積 古河道和山谷網絡之間的空間關係 結果顯示 這些粘土大多集中在相對低海拔地區 往往靠近古湖泊沉積物 但又遠離大型山谷網絡 那些地方水流更急 侵蝕更強 粘土不容易長期保存下來 在這些區域裏 化學分化和物理侵蝕之間剛好形成了一種微妙的平衡 讓粘土層既能形成得足夠厚 又不至於很快被沖刷掉 從這個角度看 火星上的粘土環境 很像地球上一些熱帶溼潤地區 那裏同樣可以形成厚度驚人的粘土層 在地球上 我們往往在氣候溼潤 而且物理侵蝕並不劇烈的地方 看到最後 最完整的一串粘土礦物序列 因爲新形成的分化產物 不會馬上被河流和冰川包走 這些新結果表明 類似的條件在火星上也存在 只不過方式有所不同 同時 粘土也向我們展示了一個 和今天地球截然不同的古老火星世界 在地球上 由於板塊構造不斷運動 新的岩石一直被抬升到地表 與水和大氣中的二氧化碳接觸 通過化學反應 把二氧化碳固定進岩石裏 從而在很長時間尺度上 幫助調節全球氣候 而火星缺乏這樣的板塊構造活動 當火山向大氣中 釋放出大量二氧化碳時 由於地表缺少 大面積新鮮暴露的活躍岩石 這些溫室氣體 就會在大氣中停留更久 使得火星在一段時期內 變得更暖更溼 研究人員認爲 這種長時間偏暖偏溼的狀態 可能正是促成 後黏土層形成的重要背景 但同樣因爲長期缺少新鮮岩石 暴露在地表 形成碳酸鹽鹽所需的一些 關鍵化學反應 可能被拖慢甚至部分抑制了 在通常情況下 碳酸鹽鹽會從火山鹽逐步轉化而來 而火山鹽正是火星地殼最主要的組成 但在這種環境裏 給定二氧化碳 水和足夠長的時間 持續進行的黏土形成過程 可能把水和一些化學副產品 都鎖進了粘土礦物內部 這些物質沒有機會 在更大範圍內遷移滲透 也就難以在更廣闊的地層中 與周圍的岩石反應 生成大量碳酸鹽鹽 這也許能部分解釋 爲什麼火星上碳酸鹽鹽如此稀少 所謂巨型漣漪 是一種由風塑造的特殊沙紋底毛 在地球和火星表面都能看到 規模通常介於 普通沙紋和大型沙丘之間 從它們的形狀 以及在某些地區 可以看到波峯被切斷 破碎的痕跡來看 人們原本認爲 這些巨型漣漪 大多已經基本不再活動 是過去氣候條件留下的遺蹟底毛 不過 多虧了高分辨率相機 多次重複拍攝同一區域 我們現在可以看出 有些巨型漣漪場 其實還很活躍 會跟旁邊的沙丘和小漣漪一起 緩慢地向下風方向遷移 在這幅順風方向的視角圖像中 我們可以清楚看到 長排的巨型漣漪 沿着暗色沙丘的側翼聚集 警惕着北極附近的沉積區分佈 如果再放大仔細看的話 你會發現 一些巨型漣漪 在下起時呈現出非常細緻的結構細節 這些細節說明 它們並不是完全凍結的 而是在緩慢移動 每到冬季 覆蓋在高緯度沙丘上的 是一層二氧化碳冰 這些冰層會把沙丘和巨型漣漪 一起封在下面 使地貌變得像被冰水泥加固過一樣 到了北半球的春季 陽光變強 這些乾冰開始生化消失 直到沙丘和巨型漣漪 徹底擺脫雙凍束縛 重新變得鬆散 可以被風推動 等到夏季來臨 季節性的大風就登場了 正是這些夏季風 把沙丘和北極地區的巨型漣漪 一點一點向前推移 讓我們今天仍然能在火星的基地 看見沙在緩慢行走的痕跡