“好奇号”漫游车发现火星气候变化之谜的关键所在

美国国家航空航天局（NASA）”好奇号”漫游车在火星上收集到的数据为我们揭示了红色星球在遥远的过去是如何因气候的变化而变得不适合人类居住的，火星气候的变化导致地表水蒸发或结成冰。

不久前，火星上存在生命的想法还几乎是一种定论。 在最坏的情况下，火星被认为是一个垂死的世界，但远不是一个死寂的世界。 埃德加-赖斯-巴勒斯（Edgar Rice Burroughs）在他的小说中描绘了异国火星人骑着八条腿的滑翔机穿越死寂的海底，H. G. 威尔斯（H. G. Wells）则把火星描绘成超级智能生物的家园，他们制造战争机器入侵地球。 与此同时，严肃的科学家们还在争论火星上是否存在运河，以及这些运河是否是为了把水从两极输送到赤道上的城市而设计的全星球灌溉工程。

一直到 20 世纪 50 年代和 60 年代，人们都认为火星上存在某种生命。 即使是坚持认为火星是一个死寂世界的科学家，也仍然认为火星很可能是苔藓、地衣和其他稀疏植被的家园。

如今，火星已被视为不适合生命存在的地方，任何人只要在火星上发现一片地衣，就有可能获得诺贝尔奖。

半个多世纪以来，大量机器人轨道器和着陆器对火星的直接探测证实，火星是一个死寂的世界，即使曾经存在过生命，也很可能比 20 亿年前灭绝的细菌先进不了多少。 然而，一些人仍然抱有希望，认为一些嗜极微生物可能会在某个深埋的绿洲中存活下来。

好奇号火星探测器的自拍照

至于火星表面，由于大部分火星大气现在早已被太阳风吹到太空中，火星的山脉和平原非常干燥，使地球上最干旱的沙漠看起来也像热带雨林，而干燥的环境和无情的宇宙辐射赋予了土壤一种奇怪的、破坏性的化学性质。

然而，大约 40 亿年前的情况却截然不同。 在远古时代，火星的大气层更为充沛，水量丰富，湖泊形成，河流纵横，三分之一的表面是浅海。 这种情况究竟持续了多久，有多稳定，目前还不清楚，但就生命而言，与现在相比，那简直就是天堂。

气候如何发生如此剧烈的变化，是了解火星历史的关键问题之一。 好奇号”机器人漫游车从 96 英里（154 公里）宽的盖尔陨石坑收集到的碳酸盐是这一难题的最新部分，盖尔陨石坑是由 35 亿至 38 亿年前的流星撞击形成的。

地质表明，陨石坑中含有水，这意味着它含有在潮湿环境中形成的粘土、硫酸盐和碳酸盐等矿物质。 好奇号利用机械臂和机械手捞起了这些矿物质，然后用漫游车的火星样本分析（SAM）和可调谐激光光谱仪（TLS）仪器进行了分析。

碳酸盐是由碳和氧形成的，从气候的角度来看，碳酸盐特别有趣，因为这些原子中较重的同位素往往会留下来，而较轻的同位素则会随着碳酸盐的形成逃逸到大气中。 因此，这些同位素的比例构成了火星气候的记录，包括水的温度和酸度，以及水和大气的成分。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的大卫-伯特（David Burtt）说：”这些碳酸盐的同位素值指向极大量的蒸发，表明这些碳酸盐很可能是在只能支持短暂液态水的气候中形成的。我们的样本不符合火星表面有生命（生物圈）的古老环境，尽管这并不排除地下生物圈或地表生物圈在这些碳酸盐形成之前开始和结束的可能性。”

据美国国家航空航天局称，同位素比率表明碳酸盐的形成有两种机制。 其一是碳酸盐在一系列干湿循环中形成，其二是在盖尔陨石坑寒冷的成冰条件下，在含盐量很高的水中形成。 这意味着火星可能经历了一个适宜居住和不适宜居住的循环，或者一个剩余的水越来越多地被冰锁住，而幸存的液体变得非常咸，以至于像死海一样不利于生命的循环。 或者最有可能的情况是两者的结合。

伯特说：”这些碳和氧同位素值高于在地球或火星上测得的任何其他数值，这一事实表明一个（或多个）过程被推向了极端。在地球上，蒸发会导致氧同位素发生显著变化，而这项研究中测得的变化要大两到三倍。 这意味着两件事： 1）极度的蒸发导致这些同位素值如此之重；2）这些较重的同位素值被保存了下来，因此任何会产生较轻同位素值的过程在程度上一定要小得多。”

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。