北京
長期以來，火星表面留下的古老河道和湖泊痕跡，讓科學家們相信這顆紅色星球曾經擁有過溫暖濕潤的環境。然而，這些水體究竟何時消失？氣候轉冷的過程又是如何發生的？一直存在爭議。
如今，NASA好奇號（Curiosity）漫游車的最新研究給出了重要線索：血赤鐵礦（hematite）中的單個晶體，可以作為記錄火星古代氣候變化的礦物學標記。
這項研究于近日發表在頂級期刊《Science》上，通過分析好奇號在蓋爾隕石坑（Gale Crater）不同海拔采集的20個巖石樣本，科學家們發現了血赤鐵礦晶體大小和伴生礦物隨深度的顯著差異。
01
越深越“暖”：4.7億年的地下宜居環境
蓋爾隕石坑的巖壁像一本層層堆積的“火星歷史書”，越深層的巖石記錄的時間越早。
這張圖片展示了本次研究中分析的好奇號火星車在蓋爾隕石坑獲取的20個鉆取樣本。圖源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
研究團隊利用好奇號上的化學與礦物學儀器（CheMin），對樣本進行了X射線衍射分析，發現：
較高海拔（較晚時期）的樣本：血赤鐵礦晶體尺寸較小（小于10納米），同時含有針鐵礦（goethite）。較低海拔（較早時期）的樣本：血赤鐵礦晶體明顯更大（可達65納米），但針鐵礦消失。
這一發現意義重大。科學家推斷，在火星整體氣候逐漸變冷的大背景下，蓋爾隕石坑深層仍存在長期溫暖的地下水環境，最長可達約4.7億年。這些溫暖的含水層，很可能在很長時間內具備潛在的宜居條件。
研究共同第一作者、NASA約翰遜航天中心行星科學家Tanya Peretyazhko表示：
“我們發現，盡管火星地表氣候正在變冷，但埋藏較深的巖石中仍長期保持著溫暖濕潤的條件。這意味著在地下深處，宜居環境可能持續了更久，只要其他必要因素（如有機物和能量來源）存在。”
02
為什么血赤鐵礦能“記錄”氣候？
鐵氧化物是水活動的重要指示劑，而血赤鐵礦的特殊之處在于：它的晶體大小和結構會隨著溫度、水量和pH值的變化而改變。
在溫暖、中性至弱堿性的水環境中，針鐵礦會逐漸轉化為血赤鐵礦。同時，通過Ostwald熟化過程（小晶體溶解、大晶體生長），血赤鐵礦晶體會不斷長大。這正是深層樣本中晶體更大的原因。
Peretyazhko解釋道：
“上層環境更冷，水存在時間較短，晶體沒有足夠條件生長；而下層有長期溫暖的水環境，讓晶體得以持續生長。”
這項研究的最大亮點在于，所有數據均來自火星實地樣本，而非純理論模型。化學與礦物學儀器通過X射線衍射技術，精確測量了晶體的尺寸和形態，這是軌道衛星無法做到的。
好奇號項目科學家Ashwin Vasavada高度評價道：
“ 化學與礦物學儀器不僅能告訴你那里有血赤鐵礦，還能讓你提取出晶體的大小、形狀以及相關礦物信息，這些正是得出本次結論的關鍵。”
03
好奇號：仍在持續書寫火星故事
好奇號由NASA噴氣推進實驗室（JPL）建造，自2012年登陸火星以來，已在蓋爾隕石坑工作超過13年。它攜帶的10臺科學儀器中， 化學與礦物學儀器由NASA艾姆斯研究中心主導，匯聚了全美多所頂尖機構的礦物學家、巖石學家和天體生物學家。
這是一張好奇號火星車的藝術效果圖，圖中標有其搭載的科學儀器。科學家利用“化學與礦物學分析儀”（CheMin）對巖石粉末樣本進行了X射線衍射分析。圖源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
通過持續的鉆取、分析和數據傳輸，這臺“火星地質學家”正在幫助人類一點點拼湊出火星從宜居到荒蕪的完整演化圖景。
這項研究再次證明：即使火星表面早已寒冷干燥，地下深處仍可能長期保留著適宜生命存在的“避難所”。這不僅深化了我們對火星氣候歷史的理解，也為未來火星探測任務，尤其是尋找古代生命痕跡提供了重要指引。
參考
https://science.nasa.gov/science-research/astromaterials/nasa-uses-mineralogical-marker-to-understand-ancient-martian-climate/
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