圖蟲創(chuàng)意
每當夜晚抬頭望向天空，你可能會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，這個故事說是火星生銹了。
過去50年，科學(xué)家一直認為火星像地球上的鐵器生銹一樣變紅了。證據(jù)有三個：
一是望遠鏡里的紅色：通過望遠鏡看火星，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。
二是探測器實拍：1971年，“水手9號”傳回的大量圖像進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”和“海盜2號”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的紅橙色景象。那時的分析認為，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：同樣是海盜號，兩個探測器對火星土壤的化學(xué)成分分析，確認了氧化鐵的存在，這是紅色的主要來源。
按照這個理論，40億年前的火星曾經(jīng)濕潤多水，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，把整個星球染成了紅色。
但這里有個大漏洞：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)？而且探測器發(fā)現(xiàn)火星塵埃顆粒比地球鐵銹細得多，只有頭發(fā)絲的1/20粗！
那么新的解釋是怎么樣的呢？認為火星可能是個"吸水海綿。
事情是這樣的，2023年，歐洲航天局的探測器發(fā)現(xiàn)了一個新線索：火星塵埃里檢測到一種特殊的光線"指紋"，和地球?qū)嶒炇依镏圃斓乃F礦完全匹配。這種礦物就像微型的"吸水海綿"，每個顆粒能鎖住4個水分子！
更驚人的證據(jù)來自好奇號火星車：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，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)家用計算機模擬還原了當時的場景：
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41億年前諾亞紀時期，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，使得液態(tài)水得以在零下20℃環(huán)境中長期存在。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，形成納米級水鐵礦顆粒。
隨著火星磁場的消失和太陽風(fēng)的侵蝕，大氣層逐漸變得稀薄。當全球氣溫降至冰點以下時，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，逐漸破碎成超細顆粒，最終，借著火星上狂暴的沙塵暴，給整個星球披上了紅色外衣。
這項新的發(fā)現(xiàn)和解釋模型對于認識火星的前世十分重要。
如果主導(dǎo)紅色的是水鐵礦，說明火星濕潤的時間可能比我們以為的長得多，足夠讓生命有機會誕生！這將在某種程度上改寫火星歷史。同時，也告訴我們我們，對某種天文現(xiàn)象的解釋，需要多方面的證據(jù)相互驗證，不能想當然，或者僅僅是是根據(jù)以往的經(jīng)驗。
當然，這個新的觀點還有待進一步去驗證。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：
毅力號火星車已經(jīng)在行動：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)射新探測器：歐洲計劃2028年發(fā)射的火星探測器將攜帶超級顯微鏡，能看清單個塵埃顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
特別值得期待的是，我國的天問三號任務(wù)計劃在2029年前后實現(xiàn)火星樣品返回地球。有望成為第一個從火星采樣返回的國家，并已開始籌劃建設(shè)世界首個火星樣品實驗室。
天問三號帶回的火星樣本，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)家們將能夠更準確地測定火星表面氧化鐵的礦物組成和化學(xué)狀態(tài)，從而驗證并完善關(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簡單的現(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采樣返回任務(wù)的成功實施吧！
本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者：肖龍 中國地質(zhì)大學(xué) 教授
審核：周炳紅 中國航天科普大使 研究員
出品：中國科協(xié)科普部
監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
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