研究火星的行星科学家们有一个稍微令人尴尬的秘密：他们其实并不真正了解这颗行星大部分表面的年龄。他们确实有一些像样的估计，主要基于计算火星地壳上陨石坑的数量——陨石坑越多，年代越久远。然而，以接近绝对确定的方式确定年龄的唯一方法是仔细分析岩石样本，而降落在红色星球上的探测车和着陆器都没有携带必要的设备。没有精确的年龄，行星的整个历史变得模糊不清，使得回答关于火星何时以及是否真正适宜居住的重要问题变得更加困难。
幸运的是，地球上就有火星岩石。小行星或彗星撞击火星的力度可能足以将地壳碎片抛射到行星际空间，最终来到我们的世界。在全球超过 60,000 块陨石收藏品中，约有 120 块标本含有矿物质和微小气泡的混合物，这些物质与我们所知的火星表面和大气层相符。研究人员可以通过测量其中某些放射性同位素来确定这些稀有样本的年代，因为同位素会以物理定律设定的速率衰变成其他元素。对于大多数火成岩（生命始于熔融物质），计算长寿命同位素（如铀 238）与其衰变产物（铅 206）的比率，可以很好地估计岩石的年龄——同位素在从熔融体中结晶出来的矿物质中被锁定的时间有多久。
问题在于，不同的同位素示踪剂为最常见的火星陨石种类——被称为辉玻岩的火成岩块——产生了截然不同的年代。磨碎一块完整的辉玻岩，粉末中铅同位素的比率会表明这块岩石大约有四十亿年的历史。如果你转而观察辉玻岩内部微小矿物颗粒中分离出的各种同位素，你就会得出结论，这块岩石相对年轻——只有数亿年的历史。这个难题困扰了研究人员多年，使他们对火星火山活动的 timing 和持续时间，或火星核和地幔何时固结存在分歧。然而，现在看来，这个问题似乎已经解决：在 7 月 25 日出版的《自然》杂志上发表的一份报告中，由西安大略大学的德斯蒙德·莫泽领导的科学家团队提出了大量新的证据，表明辉玻岩是年轻的。他们的结论基于一块仅被称为西北非 5298 (NWA 5298) 的半公斤火星碎片。（《大众科学》是自然出版集团的一部分）
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多伦多皇家安大略博物馆 (ROM) 的矿物学家、研究合著者金·泰特说：“许多研究小组直接跳到[同位素]年代测定。”皇家安大略博物馆提供了 NWA 5298 样本。“对我们来说，年代测定绝对是最后一步。我们首先非常仔细地观察矿物质，逐粒扫描，以便我们真正理解所有事物的前后关系……每块岩石都有一个故事要讲。解读线索以揭示那个故事是我们介入的地方。”
莫泽说：“这些微小的陨石充满了关于整个行星演化的故事，这些故事是我们目前无法从探测车那里获得的。”“我们所做的是为保存在这些来自太空的稀有碎片中的故事整理‘页码’。”
据华盛顿大学地球化学家托尼·欧文称，他首先确定了 NWA 5298 的火星来源，一位沙漠游牧民于 2008 年在摩洛哥比尔甘杜兹村外发现了这块陨石。一位匿名的摩洛哥中间人从游牧民那里购买了这块岩石，最终以未公开的价格卖给了加拿大医生大卫·格雷戈里，后者后来将其捐赠给了 ROM。欧文分析了陨石的一个小样本，根据其特有的化学成分以及由喷射撞击的巨大压力形成的“冲击变质”玻璃状脉络和气泡，将其识别为辉玻岩。他还注意到存在微米级的锆石颗粒，锆石是一种高度耐用的富锆矿物，通常用于铀-铅年代测定。
那些锆石颗粒被证明是莫泽随后研究的关键，研究发现它们的年龄只有数亿年。这与之前的研究一致，但辉玻岩有数十亿年历史的观点的支持者长期以来认为，年轻的锆石颗粒是由喷射撞击的巨大热量和压力产生的，因此不能代表岩石的真实年龄。
莫泽和他的同事使用精密的扫描电子显微镜，首先绘制了 NWA 5298 薄横截面中锆石颗粒的分布图，然后仔细研究了每个颗粒，以寻找其过去的线索。许多颗粒带有指示逐渐生长的同心材料带，这反过来表明它们是在缓慢冷却的岩浆中形成的。随后的铀-铅放射性同位素年代测定显示，它们的年龄约为 1.87 亿年。更仔细的检查显示，颗粒的原始晶体结构已被突然而强烈的冲击波的通过所破坏。事实上，仅存的结晶矿物是极薄的富含二氧化硅的锆石边缘，这些边缘环绕并快速冻结在锆石颗粒上——这是冲击熔化随后在寒冷的太空真空中冷却的迹象。从带有这些边缘的颗粒中提取的铀和铅同位素产生的估计年龄不到 2200 万年。在校正了地球上铅污染源（如燃烧含铅汽油）后，从锆石颗粒周围的块状矿物基质中测量的铅同位素得出的年代超过四十亿年。该块状矿物基质还显示出一种奇怪的惰性火星铅的优势，这表明岩石最初形成的火星深处区域很久以前就停止了与其周围环境的混合。
未参与这项研究的欧文说：“这意味着年轻和年老的年代估计都是‘正确的’，但它们意味着不同的东西。”年轻的锆石形成于近 2 亿年前，当时辉玻岩的源岩在火星表面或附近结晶。他说，更古老的铅是大约四十亿年前的遗物，当时大部分火星深部内部已经冷却并停止对流。
至于为什么最初那里有那么多铅，莫泽和他的同事认为，它的存在可能与四十多亿年前发生的一次或多次真正巨大的撞击有关，这些撞击具有如此大的破坏力，以至于永久性地改变了火星内部的化学成分。在火星上半球跨越的elevation差异和地壳厚度差异中可以看到此类大规模撞击的初步证据。
因此，从一块小小的陨石中，浮现出一个相当宏大的叙事：在四十亿年前，火星已经走向衰亡，迅速将内部热量散发到太空，这时，一颗太阳系形成后遗留下来的小行星可能撞击了它，融化了部分表面，并扫走了大部分大气层。撞击造成的巨大伤疤逐渐冻结并愈合，火星陷入衰老。很久以后，大约在 1.87 亿年前，当恐龙在地球上行走时，一股缓慢上升的岩浆柱突破了火星表面，倾泻出带有古代撞击特征的年轻熔岩；这些熔岩缓慢结晶并形成了锆石。至少又过去了 1.65 亿年而没有发生任何事件，直到一颗山脉大小的小行星从天而降。撞击将部分熔化的结晶熔岩碎片向上发射穿过大气层并进入太空，用熔融锆石边缘覆盖了锆石颗粒。其中一个碎片在黑暗中独自漂流和旋转了数百万年，直到数万年前，它与一颗邻近的行星相遇，以火球的形式坠落到地球上，降落在现在的摩洛哥南部撒哈拉沙漠西部。它在那里沉寂，只是一块棕色的风化岩石，直到偶然的机会，一位路人在 2008 年将其捡起。
这一切都没有显著地修正我们对火星的理解，但它确实最终为行星历史中的一些关键事件提供了更好的年代，同时也提出了关于其深层内部的新问题。不过，这项深奥的年代测定研究最值得注意的方面是，它的见解为解开整个太阳系的其他谜团提供了思路。
泰特说：“我们在这项研究中所做的事情可以应用于任何地方的任何岩石。”“从原始陨石到小行星再到内陆岩石行星，我们可以使用这些分析技术开始拼凑出更详细和准确的太阳系历史。”