在火星上发现古老的绿洲

Arcman

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原理
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如果你可以穿越回35亿年前去到火星，会看到火星是什么样子？其实，这个问题正是“好奇号”火星探测器所探索的。
在火星表面，有一个宽达150公里的古老盆地，那就是盖尔环形山。它是由一次大规模陨石撞击的事件形成的古老遗迹。好奇号正在那里探索地面上的水塘印记。或许曾经有水流冲进环形山的坑壁，冲向底部。如果将历史快放，你会看见这些水溢出又干涸，这样的过程可能在数百万年里循环了无数次。
这便是好奇号的科学家在近期的《自然-地球科学》杂志上描述的景象，它认为火星环境是从过去的湿润土地转变为今天这样的寒冷沙漠的。论文的第一作者William Rapin介绍说，之所前往盖尔环形山是因为它保存了独特的火星变化记录，从而可以了解火星的气候是从何时以及如何开始演变的，并进一步探索什么时候火星可以支持地表微生物的生存？能支持多久？
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故事源于好奇号前往一个预计形成于更干燥环境中的区域，这个区域与被发现了淡水湖泊存在证据的山底截然不同。科学家称这个区域为“含硫酸盐单元”。
在论文中，他们详细描述了在一个150米高的名为“萨顿岛”的沉积岩中发现的盐。其实在此之前，研究人员就通过在一个名为“Old Soaker”的位置上发现的一系列泥土裂缝获悉了这个地区曾发生过间歇性的干旱期。但萨顿岛的盐表明，这些水也曾浓缩成盐水。

                               
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○ 这块被称为“Old Soaker”的火星岩石板上的裂缝可能是30多亿年前的由一层泥层干燥后形成的。| 图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS
通常情况下，当湖泊完全干涸时会留下一堆堆的纯盐晶体。但萨顿岛上的盐却有所不同：首先它们是矿物盐，不是食盐；再者，它们还与沉积物混合，这表明它们是在潮湿的环境下结晶的，比如是在充满盐水的浅池塘底下。
基于地球和火星的早期阶段具有相似性，研究人员推测萨顿岛可能就类似于地球上南美洲阿尔蒂普拉诺高原上的盐湖。溪流和河流从山脉流入这个干旱、高海拔的高原，形成了与火星上的古老盖尔环形山相似的封闭盆地。
阿尔蒂普拉诺高原上的湖泊和盖尔一样，深受气候的影响。在干旱时期，阿尔蒂普拉诺高原上的湖会变得更浅，有一些可能会完全干涸。由于湖中没有植物，这一点让它看起来和火星更像了。

                               
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○ 科学家认为，盖尔环形山的景象可能就像是南美阿尔蒂普拉诺高原上充满了咸水湖的盐沼。| 图片来源：Maksym Bocharov
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萨顿岛上富含盐分的岩石只是研究人员用来拼凑火星气候变化的其中之一条线索。纵观好奇号的整个旅程，研究人员已经在一个宽广的时间尺度上看到了火星从湿润到干燥的变化周期。
在盖尔环形山的中心有一座高耸的山峰，科学家给它取名为夏普山。它是由被水与风裹挟的沉积物一层一层地填入环形山底部之后，在风的力量下雕刻而成的坚硬山峰。这是好奇号现在正在攀登的山。暴露在夏普山山坡上的每一层岩石都揭示了火星历史的不同时代，它们包含了众多与当时环境有关的线索。

                               
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○ 这张动图展示的是科学家认为的盖尔环形山在干涸后留下的咸水池塘和溪流。图片的底部是盖尔环形山的底部，高耸的是夏普山的侧面图。| 图片来源：ASU Knowledge Enterprise Development (KED), Michael Northrop

好奇号项目科学家Ashwin Vasavada说：“当我们爬上夏普山时，我们看到了一个从湿润地貌变为干燥地貌的整体趋势。但这一趋势并不一定是以线性的方式出现的，它更有可能是混乱的，包含许多干燥和湿润的时期，就像好奇号正在探索的‘含粘土单元’中所看到的那样。”
到目前为止，好奇号已经遇到了许多在湖底缓慢沉积的平坦沉积层。研究团队中专注于研究沉积层的Chris Fedo指出，好奇号目前正在穿越的是可能只能在较高能量环境（比如有大风吹过的地区或流动的溪流）中形成的大型岩石结构。风或流水将沉积物堆积成逐渐倾斜的地层，Fedo说：“倾斜层的出现意味着一个重大的变化，那就是这里的景观不再完全在水下，这意味着我们可能已经告别了深湖时代。”
好奇号已经在这个遥远的含硫酸盐单元中发现了更多的倾斜层。研究团队计划在未来几年内让好奇号驶入那片区域，调查那里的更多岩石结构。如果它们形成于持续了很长一段时间的干燥条件下，那么这或许意味着这些含粘土单元代表的是一个介于两者之间的过度阶段，也就是盖尔环形山进入有水时代的入口。

参考来源：

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7514