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对于美国宇航局的“勇气”号火星探测器来说,在红色星球上漫游的日子可能已经成为过去,但这个轮式机器人旅行中的观测仍然在产生科学效益。一项对该探测器近五年前收集的地质数据进行的新分析发现,火星上的一个岩层富含碳酸盐,碳酸盐是在富含水分、富含碳的环境中容易形成的矿物。根据这项研究,这一发现更加证实了火星可能曾经拥有更湿润、更温暖的气候的假设,这归功于稠密的二氧化碳大气层。更重要的是,与被认为存在于火星其他地方的酸性水相比,碳酸盐形成过程中涉及的水性过程指向了一个更适合生命的中性环境。
多条证据表明,火星表面过去有水流存在,但现在地球上的条件排除了液态水的存在。过去,火星表面可能要温暖得多,特别是如果强大的大气层为地球提供了显著的温室效应。经常被用来解释温暖时代的稠密二氧化碳大气层应该在地球的地质上留下痕迹,因为碳和氧气被封存在碳酸盐矿物中。但在新的研究之前,在火星上只发现了少量的碳酸盐,这为二氧化碳假说制造了一个证据问题。
一月份,在经过数月努力,未能将探测器从一片软土中解脱出来后,美国宇航局宣布“勇气”号为固定科学平台。但在2005年末,当探测器仍然可以移动时,它调查了古谢夫陨石坑一个被称为哥伦比亚山地区的岩层群。配备了岩石磨损工具和一套光谱仪,这个机器人地质学家在被称为科曼奇岩层的地质构造周围进行探测,但其当时的发现并不具有决定性。然而,现在,根据《科学》杂志6月3日在线发表的一项研究,来自“勇气”号三个光谱仪的证据表明,科曼奇岩层中存在大量的碳酸盐成分。
坦佩市亚利桑那州立大学的地质学家、该研究的共同作者史蒂文·拉夫说,数据采集和分析之间的部分延迟原因是,他使用的仪器,微型热发射光谱仪(Mini-TES),在到达科曼奇岩层之前被一场风暴扬起的灰尘覆盖。那场风暴清理了探测器的太阳能电池板并提高了其能量,但在光谱仪的光学路径中引入了一种令人困惑的污染物。“对探测器有益的东西对我们的仪器不利,”拉夫说。
多年来,Mini-TES团队学会了如何纠正灰尘污染。在美国宇航局约翰逊航天中心的行星科学家理查德·莫里斯的敦促下,拉夫的团队回顾了他们从科曼奇岩层获得的数据。莫里斯在“勇气”号的穆斯堡尔伽马射线光谱仪上工作。“很明显,光谱特征中有碳酸盐,”拉夫说。伽马射线光谱仪和一个第三光谱仪的数据与Mini-TES光谱一致。
这项新研究的主要作者莫里斯说,来自“勇气”号上多个仪器的数据为科曼奇的碳酸盐提供了更完整的证据。“它们完美地相互结合,不仅告诉我们是什么碳酸盐,还告诉我们那里有多少,”莫里斯说。这些矿物似乎是铁镁碳酸盐,构成了岩层岩石的三分之一。
拉夫说,科曼奇存在的碳酸盐量是独特的。“这是一个巨大的数字,”他说。“以前发现的一直是一两个百分点——只是一点点……而这里,我们看到的岩层不仅有碳酸盐,而且有很多。”
问题是科曼奇岩层是反常现象,还是代表了火星上温暖潮湿温室条件下预测的大量碳和氧气储存。“如果我们仅将此视为火星上的众多例子之一,即火星上的岩层有如此多的碳酸盐,那么它确实倾向于支持火星过去可能拥有更稠密的二氧化碳大气层的观点,”拉夫说。但他承认,对碳酸盐的发现还有其他解释——例如,该地区的火山活动可能贡献了局部二氧化碳来形成科曼奇矿物。“我们还没有找到支持更稠密的二氧化碳大气层存在的铁证,但它至少与这个观点一致。”
西雅图华盛顿大学的行星科学家戴维·卡特林说,“勇气”号的数据与在火星尼利福萨地区观察到的来自火星勘测轨道飞行器的数据相结合,为火星上的碳酸盐提供了强有力的证据。“关于火星上不存在碳酸盐的旧说法并不完全正确,”卡特林说。
卡特林说,在新的分析中发现的碳酸盐量是显著的,但其来源仍不清楚。“那是非常多的碳酸盐,”他指出,“但它是与主要是火山岩相关的。”卡特林说,如果二氧化碳来自地热源,那么它不会像新研究声称的那样,提供关于火星早期大气层的太多信息。“我会在这一点上与论文的结论分道扬镳,”他补充说。
“我认为它确实表明的是,它提供了更多证据表明早期火星上存在液态水区域,”卡特林说。“这些区域是在全球范围内广泛存在,还是更多地局限在这些热液系统中,在我们的数据中并不清楚。”