“好奇号”的新研究结果聚焦了古代火星的悖论

新的研究表明火星大约35亿年前二氧化碳太少，不足以产生足够的温室效应使水冰融化。

火星科学家正在努力解决一个问题。大量证据表明，古代火星有时是潮湿的，水在火星表面流动和聚集。然而，古代太阳的温度要低三分之一左右，气候模型师正努力创造出使火星表面足够温暖以保持水不结冰的情景。

一个主要的理论是，更厚的二氧化碳大气层形成了一个温室气体毯，帮助古火星表面变暖。然而，根据一项新的数据分析美国国家航空航天局“好奇号”火星探测器发现，大约35亿年前，火星上的二氧化碳太少，不足以产生足够的温室效应，使水冰融化。

好奇号在火星的基岩中发现了一个古老湖泊的沉积物，那里可能曾有微生物生存，这一证据的来源增加了这样一个湖泊如何存在的困惑。好奇号在其分析的基岩样本中没有发现碳酸盐矿物。新的分析得出结论，岩床中碳酸盐的缺乏意味着，大约35亿年前湖泊存在时，火星的大气中不可能容纳太多的二氧化碳。

位于加州莫菲特菲尔德的美国宇航局艾姆斯研究中心的托马斯·布里斯托说:“我们特别惊讶的是，探测器检测到的沉积岩中没有碳酸盐矿物。”“即使大气中的二氧化碳比岩石中的矿物证据多一百倍，也很难获得液态水。”布里斯托是好奇号上化学和矿物学仪器(CheMin)的首席研究员，也是这项研究的主要作者国外欧洲杯足球彩票发表在《美国国家科学院院刊》上．

“好奇号”自2011年降落在盖尔陨石坑(Gale Crater)以来，还没有在任何湖床岩石样本中确定发现过碳酸盐。如果碳酸盐只占岩石的百分之几，CheMin可以识别碳酸盐。布里斯托和13位合著者的新分析计算了当时可能存在的最大二氧化碳量，与碳酸盐的缺乏相一致。

在水中，二氧化碳与带正电的离子如镁和亚铁结合形成碳酸盐矿物。这些岩石中的其他矿物表明这些离子很容易获得。其他矿物，如磁铁矿和粘土矿物，也提供了证据，证明随后的环境不会像在酸性地下水中那样酸性太强，碳酸盐岩会溶解掉。

多年来，人们一直处于两难境地:有关影响地表温度因素的证据——主要是来自年轻太阳的能量和地球大气层提供的覆盖——与广泛存在的古代火星上有河网和湖泊的证据相矛盾。火星大气中的同位素比率等线索表明，火星曾经拥有比现在密度大得多的大气层。然而，关于古代火星气候的理论模型却在努力创造条件，使液态水能够在火星表面存在数百万年。一个成功的模型提出了一个厚厚的二氧化碳大气，其中也含有分子氢。然而，如何创造和维持这样的氛围是有争议的。

这项新的研究将这个谜题归结到一个特定的时间和地点，通过在地面上对同样的沉积物中的碳酸盐进行检查，这些沉积物保存着地球形成后大约10亿年的湖泊记录。

在过去的20年里，研究人员使用火星轨道上的光谱仪来寻找碳酸盐，这些碳酸盐可能是早期二氧化碳含量更丰富的时代的产物。他们发现的远远少于预期。

布里斯托说:“为什么从轨道上看不到多少碳酸盐，这一直是个谜。”“你可以摆脱困境，说碳酸盐岩可能仍然在那里，但我们无法从轨道上看到它们，因为它们被灰尘覆盖，或被掩埋，或我们没有在正确的地方寻找。“好奇号”的研究结果聚焦了这个悖论。这是我们第一次在已知的水下沉积物形成的岩石中检查碳酸盐岩。”

新的分析得出结论，当湖泊存在时，不可能有超过几十毫巴的二氧化碳存在，否则它就会产生足够的碳酸盐，让好奇号的CheMin探测到它。毫巴是地球海平面气压的千分之一。目前火星的大气不足10毫巴，大约95%是二氧化碳。

这篇论文的合著者、美国宇航局艾姆斯的火星气候科学家罗伯特·哈伯利(Robert Haberle)说:“这项分析与许多理论研究相吻合，这些理论研究认为，即使在很久以前，火星表面的温度也不足以让水变成液体。”“这对我来说真是个谜。”

研究人员正在评估如何调和这一困境的多种想法。

“有些人认为，这个湖可能不是一个开放的液态水体。也许它是覆盖着冰的液体，”哈伯利说。“如果冰不是太厚的话，你仍然可以让一些沉积物在湖床上积累。”

这种解释的一个缺陷是，探测车团队在盖尔陨石坑寻找但没有发现可能来自冰覆盖湖泊的证据，比如被称为冰楔或“坠石”的又大又深的裂缝，当它们穿透变薄的冰层时，就会嵌入松软的湖床沉积物中。

如果这些湖泊没有被冻结，那么“好奇号”没有探测到碳酸盐意味着什么，这一新的分析使得这个谜题更加具有挑战性。

“好奇号”穿越河床、三角洲和沉积在古代湖泊中的数百英尺垂直淤泥，需要一个活跃的水文系统提供水和沉积物，以创造我们正在发现的岩石，”加州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室的“好奇号”项目科学家阿什温·瓦萨瓦达说。二氧化碳与其他气体(如氢气)的混合，一直是该系统所需的变暖影响的主要候选者。这个令人惊讶的结果似乎会让它出局。”

当两种科学证据显得不可调和时，就有可能在理解它们为何不可调和方面取得进展。好奇号任务正在继续调查火星上古代的环境条件。它由喷气推进实验室这是加州理工学院帕萨迪纳分校的一个分支，隶属于华盛顿的NASA科学任务理事会。好奇号和其他火星科学任务是美国宇航局“火星之旅”(Journey to Mars)计划的关键组成部分，该计划建立在数十年的机器人探索的基础上，目的是在本世纪30年代将人类送上火星。

出版:托马斯·f·布里斯托等，“低地西洋文”P_二氧化碳来自火星盖尔陨石坑的原位矿物学分析，”美国国家科学院院刊，2017;DOI: 10.1073 / pnas.1616649114