2021年9月10日,即任务的第198个火星日,NASA的毅力号火星车在被称为“罗切特”的岩石附近拍摄了这张自拍照。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

2021年春季,当NASA的毅力号火星车开始检查耶泽罗陨石坑底部的岩石时,科学家们感到惊讶:由于数十亿年前陨石坑拥有一个湖泊,他们原本预计会发现沉积岩,这种沉积岩是沙子和泥土在曾经潮湿的环境中沉淀时形成。相反,他们发现,地面由两种类型的火成岩组成——一种是由岩浆在地下深处形成,另一种是地表火山活动形成。

8月25日周四发表的四篇新论文描述了这些发现。在《科学》杂志上,有一篇概述了毅力号在2022年4月抵达耶泽罗古河三角洲之前对陨石坑底部的探索;同一杂志上的第二项研究详细描述了由厚岩浆体形成的独特岩石。发表在《科学进展》上的另外两篇论文详细介绍了毅力号的岩石汽化激光和探地雷达确定火成岩覆盖陨石坑底部的独特方式。

世纪之石

火成岩是出色的计时器:其中的晶体记录了它们形成的精确时刻的详细信息。

“我们收集的火成岩的一个重要价值是,它们会告诉我们耶泽罗湖何时出现。我们知道它存在的时间比火成岩陨石坑底部岩石形成的时间要早​​。”加州理工学院的肯·法利说,他是毅力号项目的科学家,也是第一篇新科学论文的主要作者。 “这将解决一些主要问题:什么时候火星的气候有利于在火星表面形成湖泊和河流,什么时候它变成了我们今天看到的非常寒冷和干燥的条件?”

毅力号利用其WATSON(用于操作和工程的广角地形传感器)相机拍摄了一个昵称为福克斯(Foux)岩石目标的特写镜头,该相机是探测器机械臂末端的SHERLOC仪器的一部分。这张照片拍摄于2021年7月11日,即该任务的第139个火星日。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

然而,由于火成岩的形成方式,它并不适合保存毅力号正在寻找的古代微观生命的潜在迹象。相反,确定沉积岩的年龄可能更具有挑战性,特别是当沉积岩中含有在岩石沉积物沉积之前不同时期形成的岩石碎片时。但是沉积岩通常在适合生命生存的水环境中形成,并且能更好地保存古代生命的迹象。

这就是为什么自2022年4月以来,毅力号一直在探索的富含沉积物的河流三角洲对科学家来说如此诱人。火星车已经开始在那里钻探和收集沉积岩的岩芯样本,以便火星样本回收活动有可能将它们送返地球,以便由强大的实验室设备进行研究,这些设备过于庞大,无法带到火星上。

神秘的岩浆形成岩石

发表在《科学》杂志上的第二篇论文解决了火星上的一个长期谜团。多年前,火星轨道飞行器发现了一个充满橄榄石矿物的岩层。该岩层面积约为27,000平方英里(70,000平方公里)——几乎相当于南卡罗来纳州的面积——从耶泽罗陨石坑的内部边缘延伸到周边地区。

2022年2月16日,即任务的第353个火星日,NASA的毅力号火星探测器在一个绰号为圣克鲁斯的地点前,看着耶泽罗陨石坑地面上的一大片巨石。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

科学家们提出了各种理论来解释为什么在如此大面积的地表上会有那么多的橄榄石,包括陨石撞击、火山喷发和沉积过程。另一种理论是,橄榄石是由缓慢冷却的岩浆(熔岩)在地下深处形成,然后随着时间的推移因侵蚀而暴露出来。

NASA南加州喷气推进实验室的杨柳和她的合著者已经确定最后一种解释是最有可能的。毅力号磨蚀岩石以揭示其成分;在研究暴露的区域时,科学家们重点研究了橄榄石的颗粒尺寸以及岩石的化学成分和结构。

他们利用毅力号行星X射线岩石化学仪器(PIXL),确定了该地区的橄榄石颗粒尺寸为1至3毫米——远大于在行星表面快速冷却的熔岩中形成的橄榄石的预期尺寸。

“这种大的晶体尺寸及其在特定岩石结构中的均匀成分需要非常缓慢的冷却环境。”刘说。“所以,最有可能的是,耶泽罗的岩浆并没有在地表喷发。”

独特的科学工具

两篇《科学进展》论文详细介绍了有助于确定火成岩覆盖火山口底部的科学仪器的发现。这些仪器包括毅力号的SuperCam激光器和一个名为RIMFAX(火星地下实验雷达成像仪)的探地雷达。

SuperCam配备了岩石汽化激光器,可以在最远20英尺(7米)的范围内对小至铅笔尖的目标进行打击。它使用可见光光谱仪研究产生的蒸汽,以确定岩石的化学成分。在毅力号在火星上的头10个月里,SuperCam扫描了1450个点,帮助科学家们得出了关于陨石坑底部火成岩的结论。

此外,SuperCam利用近红外光——这是火星上第一台具有这种能力的仪器——发现水改变了陨石坑底部岩石中的矿物质。然而,根据激光和红外观测的组合,这些变化并没有遍及整个陨石坑底部。

“SuperCam的数据表明,这些岩层要么是从耶泽罗湖的湖水中分离出来的,要么这个湖只存在了有限的时间。”普渡大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的SuperCam首席研究员罗杰·维恩斯说。

RIMFAX标志着另一个先例:火星轨道飞行器携带探地雷达,但在毅力号之前,火星表面的任何航天器都没有这种仪器。在地表上,RIMFAX可以提供无与伦比的细节,并勘测深达50英尺(15米)的陨石坑底部。

它的高分辨率“雷达图”显示岩层出乎意料地向地下倾斜了 15 度。了解这些岩层是如何排列的,可以帮助科学家建立耶泽罗陨石坑形成的时间线。

“作为第一个在火星表面运行的此类仪器,RIMFAX已经证明了探地雷达作为地下探测工具的潜在价值。”挪威奥斯陆大学的RIMFAX首席研究员斯文·埃里克·哈姆兰说。

科学团队对他们目前的发现感到兴奋,但他们对未来的科学更感兴趣。

关于毅力号的更多信息

毅力号火星任务的一个关键目标是天体生物学,包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将描绘火星的地质和过去的气候,为人类对这颗红色星球的探索铺平道路,并成为第一个收集和储存火星岩石和风化层(破碎的岩石和灰尘)的任务。

随后,NASA与欧洲航天局(ESA)合作,将向火星发送航天器,从火星表面收集这些密封样本,并将其送回地球进行深入分析。

火星2020毅力号任务是NASA月球到火星探索方法的一部分,其中包括阿尔忒弥斯登月任务,这将有助于为人类探索这颗红色星球做准备。

喷气推进实验室由加利福尼亚州帕萨迪纳市的加州理工学院为NASA管理,负责建造和管理毅力号火星车的运行。

如欲了解有关毅力号的更多信息,请访问:

mars.nasa.gov/mars2020/

5 1 投票
文章评级
Tags:
0 评论
内联反馈
查看所有评论