夏普山从火星盖尔陨石坑的底部升起，是一堆名为夏普山的沉积岩，高出地面 5.5 公里。这座山只比北美最高的山峰，阿拉斯加的德纳利山（Denali，近 6.2 公里高）稍矮一些。地球上的巨大山脉通常是由地壳板块碰撞或火山爆发形成的。但是火星没有这种板块活动，并且其火山可能至少在 5 亿年前就没有活动了。因此，行星科学家一直困惑于夏普山——以及其他数十个从火星陨石坑中升起的巨大山峰——是如何形成的。自 20 世纪 70 年代美国宇航局的“海盗号”宇宙飞船首次发现这些土丘以来，这一直是一个持久的谜题。
现在，研究支持这样一种观点，即火星稀薄大气中的风（风速高达每小时 95 公里）经过数十亿年的时间，通过削去曾经充满陨石坑的周围岩石而形成了夏普山，就像一位艺术家从一块石头中雕刻出一件雕塑品一样。该研究结果于 3 月 31 日发表在《地球物理研究快报》杂志上。
德克萨斯大学奥斯汀分校的地质学研究生麦肯齐·戴（Mackenzie Day）和她的同事们使用了一个小学科学项目的方法来解决这个谜题：他们建立了一个微型陨石坑。他们的陨石坑非常精确，宽 30 厘米，深 4 厘米，并装满了潮湿的沙子，以代表可能曾经充满陨石坑的沉积物。然后，科学家们将他们的小型仿制品放在风洞中并打开了风扇。风首先在潮湿的沙子中形成了一个新月形的裂口，其末端指向远离风扇的方向。然后，这个裂口逐渐扩大，直到变成一个环状的护城河，使中心的沙子保持完整。随着时间的推移，护城河不断加深，直到到达陨石坑的底部，但中间的沙堆仍然很高——这表明风侵蚀可以形成科学家在火星上看到的东西。“这已经足够清楚了，”戴的导师和德克萨斯大学奥斯汀分校的地质学家加里·科库雷克（Gary Kocurek）说。“但是在风洞中有一个简单的小模型是一回事。我们想获得更好的量化。”因此，戴、科库雷克和他们的同事们随后建立了一个计算机模型，以更好地描绘火星环境中气流与陨石坑边缘的相互作用。
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上排显示了可能处于不同侵蚀阶段的不同火星丘陵，而下排显示了风洞实验中陨石坑模型的结果。暖色到冷色表示高海拔到低海拔。
图片来源：Mackenzie Day
布朗大学的地质学家拉尔夫·米利肯（Ralph Milliken）没有参与这项研究，他对团队将物理模型与数值模拟相结合的方式印象深刻。“在行星科学界，看到这种事情是很罕见的，”他说。尽管这些模型不能反驳另一种风驱动理论——即微风通过将岩石颗粒带到土丘上来堆积它们，而不是将它们雕刻出来——但它们确实很好地解释了另一种理论尚未解释的某些特征。例如，坦佩市亚利桑那州立大学的地质学研究生克里斯汀·贝内特（Kristen Bennett）发现，许多火星土丘在其陨石坑内是偏离中心的。“这个[模型]表明风侵蚀可以做到这一点，”她说。一旦中央土丘被挖出，猛烈的风就会将其推向陨石坑的一侧。
在地球上，这些逐渐产生的影响常常被更快移动的力量（如板块构造和火山活动）所掩盖。“风是强大的，但它是缓慢的，”戴说。“在火星上，这些陨石坑已经暴露在地表 30 亿年了，所以有足够的时间来完成这项工作，并以一种我们在地球上从未真正看到过的方式将物质移走。因此，这是一个以我们以前从未真正见过的方式来说明风的力量的结果。”
这些土丘还提供了从潮湿宜居世界到我们今天看到的干燥不适宜居住的世界的火星演变的绝佳视角。夏普山的地层从底部的岩石层（在潮湿时期铺设）过渡到顶部的其他层（在干燥时期铺设）。虽然在地球上的特定地方可以看到从水驱动的世界到风驱动的世界的变化（例如，撒哈拉沙漠的标志性沙丘是被风改造的河流沉积物），但在火星上是全球性的。“这就是我们在这些土丘中看到的——它捕捉到了整个场景，”科库雷克说。在一个地方，科学家们可以研究整个行星的转变。