火星上收集的岩石是了解火星水和生命的关键：研究人员呼吁将它们带回地球

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2022 年，在近五个月的时间里，美国宇航局的毅力号火星车收集了火星的岩石样本，这些样本可以改写这颗红色星球上水的历史，甚至包含火星上过去存在生命的证据。
但如果不进行更详细的地球分析，就无法提取样本中包含的信息，这就需要开展新的任务来回收样本并带回地球。科学家们希望到 2033 年将样本带回地球，不过 NASA 的样本返回任务可能会被推迟。
“这些样本是我们执行任务的原因，”论文合著者、加州大学伯克利分校地球与行星科学教授、NASA 样本收集科学团队成员戴维·舒斯特 (David Shuster) 表示。“这正是每个人都希望实现的目标。我们做到了。这些就是我们一直在寻找的东西。”
这些岩石的关键重要性在一项将于 8 月 14 日发表在AGU Advances上的研究中进行了详细介绍，这些岩石是从曾经填满杰泽罗陨石坑的干涸湖泊的河流沉积物中取样的。
“这是第一块也是唯一一块在地球以外的星球上研究和收集到的沉积岩，”舒斯特说。“沉积岩之所以重要，是因为它们是由水搬运而来，沉积在静止的水体中，随后经过化学反应而改变，这种化学反应涉及火星表面过去某个时期的液态水。我们来到杰泽罗陨石坑就是为了研究这种岩石类型。对于这次任务的总体目标来说，这些绝对是极好的样本。”
舒斯特与论文第一作者、剑桥麻省理工学院 (MIT) 地质生物学家坦贾·博萨克 (Tanja Bosak) 是该论文的共同作者。
博萨克说：“这些岩芯很可能是从任何已知可能支持生命的环境中采集的最古老的材料。当我们把它们带回地球时，它们可以告诉我们很多关于火星何时、为何以及持续了多长时间含有液态水的信息，以及该星球上是否可能发生过某种有机物、前生命甚至生物进化。”
值得注意的是，一些样本含有非常细颗粒的沉积物，它们是最有可能保留火星上过去微生物生命证据的岩石类型——如果火星上曾经存在或现在存在生命的话。
“液态水是这一切的关键因素，因为据我们所知，它是生物活动的关键成分，”地球化学家舒斯特说。“地球上的细粒沉积岩最有可能保存过去生物活动的特征，包括有机分子。这就是这些样本如此重要的原因。”
美国宇航局于 7 月 25 日宣布，毅力号从切亚瓦瀑布的露头采集了新的岩石样本，这些样本也可能含有火星上过去生命存在的迹象。火星车的科学仪器检测到了有机分子的证据，而岩石中的“豹斑”内含物与地球上通常与微生物化石相关的特征相似。
加州理工学院毅力号项目科学家肯·法利在一份声明中表示：“从科学角度来看，毅力号已经没有什么可以奉献的了。为了全面了解数十亿年前火星杰泽罗陨石坑河谷到底发生了什么，我们希望将切亚瓦瀑布的样本带回地球，这样就可以用实验室里强大的仪器进行研究。”
沉积物蕴藏着答案
舒斯特指出，杰泽罗陨石坑和曾经流入该陨石坑的河流留下的沉积物扇面很可能形成于 35 亿年前。这些丰富的水现在已不复存在，要么被困在地下，要么流失到太空中。但火星当时是湿润的，而地球上的生命（以微生物的形式）已经无处不在。
“35 亿年前，地球上就有生命存在，”他说，“基本问题是：当时火星上也有生命存在吗？”
“在过去 35 亿年里，地球上的任何地方，如果你给我一个这样的场景：一条河流流入陨石坑，将物质输送到一片静水体，生物就会在那里扎根，并以某种方式留下痕迹，”舒斯特补充道。“具体来说，在细颗粒沉积物中，我们很有可能在实验室对地球上的物质进行观察时，记录下这种生物。”
舒斯特和博萨克承认，火星车上的有机分析设备没有在沉积扇的四个样本中检测到有机分子。有机分子是由我们熟悉的地球生命类型使用和产生的，尽管它们的存在并不是生命存在的明确证据。
“我们并没有在这些关键样本中清楚地观察到有机化合物，”舒斯特说。“但仅仅因为该仪器没有检测到有机化合物并不意味着这些样本中没有有机化合物。这只意味着这些特定岩石中的有机化合物浓度没有被探测车的仪器检测到。”
到目前为止，毅力号共收集了 25 个样本，包括重复样本和大气样本，以及三个“见证管”，用于捕获火星车周围的可能污染物。八个重复的岩石样本以及一个大气样本和见证管被存放在杰泽罗陨石坑表面所谓的 Three Forks 缓存中，以备火星车出现问题并且无法取回机载样本时使用。其他 15 个样本（包括 7 月 21 日收集的 Cheyava Falls 样本）仍留在火星车上等待回收。
舒斯特是分析最初收集的八个岩石样本的团队的一员，这些样本分别来自陨石坑底部的每个地点，都是火成岩，很可能是陨石撞击地表并挖掘出陨石坑时形成的。这些结果发表在 2023 年的一篇论文中，该论文基于对毅力号上仪器的分析。
这篇新论文分析了另外七个样本，其中三个是目前储存在火星表面的重复样本，这些样本于 2022 年 7 月 7 日至 11 月 29 日期间从杰泽罗西部沉积扇前部收集。博萨克、舒斯特和他们的同事发现，这些岩石主要由砂岩和泥岩组成，都是由河流作用形成的。
博萨克说：“毅力号在西耶泽罗扇的前部、顶部和边缘发现了水沉积的沉积岩，并收集了一套由八块含碳酸盐砂岩、一块富含硫酸盐的泥岩、一块富含硫酸盐的砂岩和一块砂卵石砾岩组成的样品。在扇前部收集的岩石是最古老的，而在扇顶部收集的岩石可能是在西扇的水活动和沉积物沉积过程中产生的最年轻的岩石。”
舒斯特说，虽然博萨克最感兴趣的是细粒沉积物中可能存在的生物特征，但粗粒沉积物也包含有关火星水的关键信息。虽然不太可能保存有机物或潜在的生物材料，但它们含有碳酸盐物质和现已消失的河流从上游冲刷而来的碎屑。因此，它们可以帮助确定火星上何时真正有水流动，这是舒斯特自己研究的主要重点。
“通过对这些碎屑矿物进行实验室分析，我们可以定量地说明沉积物的沉积时间和水的化学性质。当这些次生相沉淀时，水的 pH 值（酸度）是多少？这种化学变化发生在什么时候？”他说。
“我们现在的样本套件中有这些样本组合，它们将使我们能够了解液态水流入陨石坑时的环境条件。液态水是什么时候流入陨石坑的？是间歇性的吗？”
研究人员强调，这些问题的答案依赖于在陆地实验室对返回的材料进行分析，以揭示它们记录的有机、同位素、化学、形态、地质年代学和古地磁信息。
舒斯特说：“行星科学最重要的目标之一就是带回这些样本。”