這麼大一湖說沒就沒了?那還上哪兒找火星生命證據去……

在一顆星球漫長的演化歷程中,石頭既是產品,也是見證人。

大自然的岩石千千萬,不同岩石類型對應著截然不同的成因機制,記錄著截然不同的演化故事。對於勘探程度極低、獲取資料極難的地外天體來說,更為如此。

火星上的一塊岩石,很大程度上能決定你下次抬頭看它時,看的究竟是一顆無趣的小亮斑,還是足以消弭人類孤獨的第二生命搖籃。

只不過,這件事兒,毅力號(Perseverance)把它搞複雜了。

面對全新的大地,毅力號晃動著腦袋 | NASA/JPL-Caltech/MSSS

太長不看版

  • 毅力號被派往火星尋找生命證據;

  • 它著陸在一處河流三角洲附近,遠古可能有大湖;

  • 眾所周知,水是生命之源,如果火星有過生命,證據可能在湖底的沉積岩中;

  • 結果,毅力號發現,湖底岩石不是沉積岩,而是火成岩,由岩漿凝固而成;

  • 眾所周知,生命不可能存在於上千攝氏度的高溫岩漿裡;

  • 哦豁?事情複雜了……

搜尋火星生命

毅力號是美國國家航空航天局(NASA)在2020年發射的火星探測器。2021年2月,毅力號成功著陸於預定的目標探測區——火星耶澤羅(Jezero)隕擊坑。它是一輛「火星車」,配備有車輪,可以自由地在火星表面移動。

通常來說,斥巨資向地外天體發射一顆探測器,肯定是希望它能「搞個大新聞」。因此,除了確保著陸成功率這個基本前提外,還需要謹慎評估著陸地區的潛在科學價值。

但這事兒不能瞎猜。一般的做法是,先用部署在火星軌道上的遙感探測衛星對地形照一遍,基於現有認識,確定哪裡具有重大的潛在探索價值,然後才讓火星車下去,實際跑一跑,正式開始驗證。

耶澤羅隕擊坑及其周緣河口與三角洲地貌| NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL/ESA & NASA/JPL-Caltech/ASU

人類探測火星,瞄準的最大科學命題不外乎兩個:太陽系早期演化,以及地外生命是否存在。

火星上的隕擊坑密密麻麻,NASA的科學人員之所以選擇這個叫耶澤羅的隕擊坑作為毅力號的探測區域,有一個重要的原因——它被氾濫過

氾濫這個詞,在日常語境中被用氾濫了,以至於很多時候我們會忽視它的原意——水的泛延與濫淤。

在耶澤羅隕擊坑的邊緣,遙感圖像上清晰表現出河道和三角洲的地貌特徵。三角洲是奔騰的河水裹挾著泥沙流出河口形成的產物,在河口處,河水散開,攜帶的泥沙瞬時失去動能,在河口形成扇面狀淤積體,這便是三角洲。

地球上的河流與三角洲 | caltech

在地球上,黃河、長江、尼羅河…… 大江大河的入海口或入湖口都發育有三角洲。今日的火星雖然早已沒有液態水,但河水攜帶的砂泥不會憑空蒸發,它們堆砌的三角洲,以地質遺蹟的方式留存下來,清晰表明了自由流淌的水體在遠古時代曾經泛入耶澤羅隕擊坑,形成一個巨大的湖泊。

但是,水的存在本身,不是人們尋求的終極答案。水的背後還有一個更大的意義:它是生命之源

如果火星早期有生命,它們大概率應該存在於水體中(想想地球吧,地球生命可是在誕生幾十億年後才完成登陸壯舉的)。

哪怕今天的火星早已不適宜生命維持,但遠古生命存在的證據,可以通過某種方式凝固在時光中,那就是化石。

地球上的化石,記錄了過往生命存在的證據 | 圖蟲創意

化石一般保存在沉積岩層裡。倘若火星早期的地表水中曾經存在生命,它們的遺蹟,很可能就掩埋在由水中的泥沙所堆砌的沉積層中。

只要找到一件確鑿的火星化石樣本,人類從此在浩渺宇宙中就再也不用集體孤獨了。首次發現地外生命的壯舉,也可以順利印上毅力號的大名,流芳百世了。

水與火之爭

現在,距離毅力號落在耶澤羅隕擊坑三角洲邊上,已經過去了快兩年,數篇《科學》、《科學進展》論文見刊,報道了毅力號的重大發現——

它在三角洲邊緣探測的岩石,很可能不是沉積岩層

……不是沉積岩層……

——也就是說巖性都搞錯了唄!

——這是什麼發現啊喂!

文章給出證據說,毅力號著陸區(Seitah地區)的岩石很可能是火成岩,它們是熾熱岩漿凝固的產物,和水沒有半毛錢關係。

毅力號拍攝的耶澤羅著陸區地表面貌 | NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

文中給出的證據也很有說服力:毅力號的分析儀器檢測到該區域岩石中存在大量橄欖石。橄欖石[ (Mg,Fe)2SO4]是鎂和亞鐵離子的簡單矽酸鹽,是火成岩的獨特產物,它在地表水環境中非常不穩定,因而很少出現在沉積岩中。

並且,毅力號進一步發現,這些橄欖岩的晶體長得十分粗大(毫米級,對造岩礦物來說已經很大了),只能在絕熱條件較好的地殼內部才能長成,甚至地表流淌的岩漿都不見得能長出這麼大個兒的晶體。

一句話:它們壓根兒就不是地表產物

這玩意兒就是橄欖石 | Rob Lavinsky, iRocks.com

至此,事情已經在尷尬的邊緣瘋狂試探了,因為火成岩和沉積岩可是從「根兒上」就完全不同的兩類岩石

在地質學科的發展史中,人類甚至為這事兒掀起過一場激烈的爭吵,最後可能發生過拎著錘子聚眾「友好交流」的野外研討會。這就是地質學史中著名的「水火之爭」。

總之就是,一幫人堅持岩石都是「水成」的,一幫人則堅持岩石都是「火成」的,大家都想統合「水與火之歌」,結果搞成了「水與火之割」。最終,地質學家發現岩石可以形成於兩種截然不同的機制下,是兩個完全不能統約的真子集。

  • 一類岩石延續了「火成岩」這個名稱,係指由高溫岩漿直接凝固而形成的岩石;

  • 另一類,「水成岩」,後續被改稱沉積岩,係指由地表鬆散堆積物(比如泥沙等固體碎屑、或著水體裡出溶的化學沉澱物)歷經埋藏和壓實,最終形成的岩石。

當然,除了這兩類,後續發現岩石世界裡其實還有第三個基礎類別——變質岩,本文暫按下不表。

地球上的沉積岩隨處可見,覆蓋了地球上大約70%的陸地表面 | 圖蟲創意

相較火成岩,化石顯然只能存在於沉積岩中。道理很簡單,按人類現有認知體系,生命顯然不可能存在於上千攝氏度的高溫岩漿裡嘛。

也就是說,如果奔著「尋找生命存在痕跡」這個命題搞探索,那麼,當你發現目標岩石是火成岩的那刻起,這個命題就等於已經被判了死刑

火星(短暫的?)水歷史

但科學家是一種很機智的生物,他們可以告訴大家——發現火成岩也很重要啊!畢竟,比起沉積岩,火成岩有一個重要優勢——它具有放射性同位素測年功能!(哦。)能夠為梳理火星演化史提供重要的年齡里程標!(哦。)

毅力號著陸區這片火成岩測定出來的年齡大概是38-40億年。這個年齡遠早於大湖,甚至早於耶澤羅隕擊坑形成的年代!也就說,連坑都沒有的時候,這些火成岩就已經有了,那就更毋論坑裡進水成湖後的種種可能性了。

「鬼故事」還沒有結束,更糟心的還在後頭:這些火成岩裡的橄欖石保存得太「新鮮」了

剛才提到過,橄欖石在地表水環境裡並不穩定,很容易水化形成蛇紋石。如果耶澤羅隕擊坑裡曾經進過水,那麼這些早先形成的橄欖石,就會以湖床的形式被水淹沒。可是,它們的新鮮度,卻並不能證明它們曾經與水發生過長時間的「親密接觸」。

那就只能說明:這坑裡的水可能並沒那麼多,又或者,水存在的時間太短了

火星上的耶澤羅隕擊坑,在幾十億年前可能被水覆蓋,形成一個巨大的湖泊。但毅力號最新的結果暗示,這個湖可能並沒有存在太久的時間 | NASA/JPL-Caltech

再糟心的東西,終歸也要有個說法,在鐵一般的事實面前,科學家也只得給出一套完備的解釋。

首先是地殼內的火成岩為什麼會來到地表。這個好解釋。耶澤羅隕擊事件撞破了地表唄,地下的東西被翻出來了。

然後是水。畢竟,曲流河道和三角洲還在,它們是流水曾經存在過的鐵證。甚至水的來源也好解釋——它們是冥古宙晚期重轟炸的產物。當時太陽系大行星調整軌道時彈飛了無數小天體,糊了火星(以及地球、月球……)一臉。這些小天體大多是冰塊,給岩石行星表面帶來了豐富的液態水,最終匯為河流與海洋。

遠古時期的火星海洋想象圖 | M. Kornmesser / ESO / N. Risinger, skysurvey.org.

經歷了短暫的豐沛期之後,火星上的這些水就迅速消亡了

畢竟,火星個頭太小、冷得夠快,星核裡的液態鐵一旦失去流動性,星球的磁場就會消失,沒有磁場的保護,太陽輻射出的帶電粒子流(太陽風)可以輕易吹飛大氣層,讓火星表面和大氣之間的水循環徹底停擺。

當水循環這個鏈條斷掉之後,水一經蒸發,便會散向宇宙,一去不回。地表的江河湖海,自然也就迅速乾涸,其中就包括了注入耶澤羅隕擊坑的那條滾滾大江。

毅力號在火星上的軌跡及當年位置。它一直都在耶澤羅坑底行駛,目前正朝著左上角的三角洲主體進發。至於為什麼不直接降落在三角洲上…… 看看這個地勢就明白了 | NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

至此看,在頭兩年的旅程裡,毅力號並沒有發現有關火星生命的跡象,不過也別失望得太早,後續還有兩個好訊息。

一個好訊息是,它探測的這片火成岩區域,處於三角洲的邊緣而非內部。第二個好訊息則是一句廢話:毅力號擁有車輪嘛。它還在繼續行進,朝著三角洲的內部進發。

隨著毅力號靠近三角洲,它拍回來的風景也越來越秀麗了。你看右上邊這塊岩石,像不像是沉積岩呢?| NASA/JPL-Caltech/ASU/Paul Byrne

下半場的探索究竟能發現什麼新鮮事?我們不妨繼續耐心等一等。畢竟,任何科學發現都是大膽摸索、小心證實的過程。何況火星地平線的彼端又是人類從未踏足過的區域。

至於一切究竟如何,不妨且看下回分解吧。

作者:溯鷹

編輯:Steed

封面圖來源:NASA’s Goddard Space Flight Center

本文經授權轉載自: 果殼 作者:溯鷹

轉載內容僅代表作者觀點

不代表中科院高能所立場

編輯:楚墨

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