圖蟲創(chuàng)意

每當(dāng)夜晚抬頭望向天空，你可能會(huì)注意到一顆泛著暗紅色光芒的“星星”——那就是火星。這顆紅色星球從古至今都讓人類充滿好奇：為什么它像生銹了一樣紅彤彤的？最近，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)問題的答案可能和我們過去想的完全不一樣！

首先來看看老故事，這個(gè)故事說是火星生銹了。

過去50年，科學(xué)家一直認(rèn)為火星像地球上的鐵器生銹一樣變紅了。證據(jù)有三個(gè)：

一是望遠(yuǎn)鏡里的紅色：通過望遠(yuǎn)鏡看火星，火星表面反射的光線特征和地球上的鐵銹（學(xué)名赤鐵礦）非常相似。

二是探測(cè)器實(shí)拍：1971年，“水手9號(hào)”傳回的大量圖像進(jìn)一步顯示火星表面存在一些明顯的暗色和亮色區(qū)域。1976年海盜1號(hào)”和“海盜2號(hào)”著陸器傳回了第一批火星表面的彩色圖像，展示了火星表面真實(shí)的紅橙色景象。那時(shí)的分析認(rèn)為，火星遍布類似沙漠的風(fēng)化塵埃，顏色來源于氧化鐵的化學(xué)成分。

三是土壤成分檢測(cè)：同樣是海盜號(hào)，兩個(gè)探測(cè)器對(duì)火星土壤的化學(xué)成分分析，確認(rèn)了氧化鐵的存在，這是紅色的主要來源。

按照這個(gè)理論，40億年前的火星曾經(jīng)濕潤(rùn)多水，鐵礦石在水里慢慢生銹，后來水分蒸發(fā)，鐵銹被風(fēng)吹遍全球，把整個(gè)星球染成了紅色。

但這里有個(gè)大漏洞：火星現(xiàn)在干燥得連水蒸氣都很少，怎么可能維持幾十億年的"生銹"反應(yīng)？而且探測(cè)器發(fā)現(xiàn)火星塵埃顆粒比地球鐵銹細(xì)得多，只有頭發(fā)絲的1/20粗！

那么新的解釋是怎么樣的呢？認(rèn)為火星可能是個(gè)"吸水海綿。

事情是這樣的，2023年，歐洲航天局的探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新線索：火星塵埃里檢測(cè)到一種特殊的光線"指紋"，和地球?qū)嶒?yàn)室里制造的水鐵礦完全匹配。這種礦物就像微型的"吸水海綿"，每個(gè)顆粒能鎖住4個(gè)水分子！

更驚人的證據(jù)來自好奇號(hào)火星車：它在蓋爾隕石坑的巖石里發(fā)現(xiàn)了大量羥基（-OH）的痕跡，這說明火星早期環(huán)境不僅濕潤(rùn)，水里還溶解了大量礦物質(zhì)。在這種"咸水湯"里，火山巖更容易形成水鐵礦而不是普通鐵銹。

于是，科學(xué)家用計(jì)算機(jī)模擬還原了當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景：

最新的研究通過熱力學(xué)模擬，重建了火星早期的水文循環(huán)。在41億年前諾亞紀(jì)時(shí)期，火星內(nèi)部放射性元素衰變，產(chǎn)生的熱量融化深層冰層，形成覆蓋全球的咸水海洋。這種高鹽度水體抑制了純水的冰點(diǎn)，使得液態(tài)水得以在零下20℃環(huán)境中長(zhǎng)期存在。在這樣的弱酸性富水條件下，火山噴發(fā)出的玄武巖迅速發(fā)生水化作用，形成納米級(jí)水鐵礦顆粒。

隨著火星磁場(chǎng)的消失和太陽風(fēng)的侵蝕，大氣層逐漸變得稀薄。當(dāng)全球氣溫降至冰點(diǎn)以下時(shí)，表層海水開始凍結(jié)，水分被困在冰層下的高壓環(huán)境中。在這種極端條件下，水鐵礦經(jīng)歷脫水相變轉(zhuǎn)化為赤鐵礦的過程被顯著延緩。直到大約30億年前亞馬遜紀(jì)初期，剩余的液態(tài)水徹底消失，殘留的水鐵礦在宇宙射線轟擊下，逐漸破碎成超細(xì)顆粒，最終，借著火星上狂暴的沙塵暴，給整個(gè)星球披上了紅色外衣。

這項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn)和解釋模型對(duì)于認(rèn)識(shí)火星的前世十分重要。

如果主導(dǎo)紅色的是水鐵礦，說明火星濕潤(rùn)的時(shí)間可能比我們以為的長(zhǎng)得多，足夠讓生命有機(jī)會(huì)誕生！這將在某種程度上改寫火星歷史。同時(shí)，也告訴我們我們，對(duì)某種天文現(xiàn)象的解釋，需要多方面的證據(jù)相互驗(yàn)證，不能想當(dāng)然，或者僅僅是是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)然，這個(gè)新的觀點(diǎn)還有待進(jìn)一步去驗(yàn)證。目前來看，雖然證據(jù)很多，但最關(guān)鍵的證據(jù)還得等火星土壤樣本送回地球：

毅力號(hào)火星車已經(jīng)在行動(dòng)：現(xiàn)在這輛火星車正在杰澤羅隕石坑工作，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些區(qū)域水鐵礦含量超預(yù)期。

歐洲要發(fā)射新探測(cè)器：歐洲計(jì)劃2028年發(fā)射的火星探測(cè)器將攜帶超級(jí)顯微鏡，能看清單個(gè)塵埃顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

特別值得期待的是，我國(guó)的天問三號(hào)任務(wù)計(jì)劃在2029年前后實(shí)現(xiàn)火星樣品返回地球。有望成為第一個(gè)從火星采樣返回的國(guó)家，并已開始籌劃建設(shè)世界首個(gè)火星樣品實(shí)驗(yàn)室。

天問三號(hào)帶回的火星樣本，將為科學(xué)家提供更直接的證據(jù)，回答火星紅色成因這一問題。通過分析這些樣本，科學(xué)家們將能夠更準(zhǔn)確地測(cè)定火星表面氧化鐵的礦物組成和化學(xué)狀態(tài)，從而驗(yàn)證并完善關(guān)于火星紅色之謎的各種理論。

可見，行星表面的顏色不是一個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)象，還記錄了行星形成和演化的關(guān)鍵證據(jù)。讓我們一起期待天問三號(hào)采樣返回任務(wù)的成功實(shí)施吧！

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：肖龍 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 教授

審核：周炳紅 中國(guó)航天科普大使 研究員

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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