漫游者的发现提供了红色星球古代景观的一瞥

毅力号在火星上自拍。 图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

CU Boulder 地质学家 Lisa Mayhew 是致力于重现犹他州古老景观历史的科学家之一——只有这个地形位于距离地球数百万英里的火星上。

Mayhew 是美国宇航局火星 2020 任务科学团队的成员,该任务由南加州的喷气推进实验室领导。 8 月,她和她的同事发表了毅力号火星车探索红色星球的第一批结果。

这些发现深入研究了 Jezero 陨石坑。 超过 30 亿年前,一颗大型小行星撞击火星,形成了这个绵延近 30 英里的地质特征,其中包含起伏的沙丘和崎岖的悬崖。 研究人员使用大约一辆 SUV 大小的毅力号火星车上的一套科学仪器,开始探索该景观的过去——展示火成岩怎样形成火山口底部,以及在巨大的湖很可能充满了这个地区。

CU Boulder 地质科学系的研究助理 Mayhew 说:“我们从轨道上获得了很多信息,这些信息告诉我们我们认为火星的地质、矿物学和化学可能是什么。” “但是乘坐漫游车是一种非常有价值的工具,可以确保我们真正了解正在发生的事情。”

新结果是那台无畏机器的妙招。 超过 1 吨的毅力号于 2021 年 2 月 18 日降落在火星上。从那时起,它和梅休一直很忙。 在超过 570 个火星日或“溶胶”中,火星车已经探索了近 8 英里的地球表面。 新的研究集中在毅力号的第一年,火星车在这一年里调查了火山口底部的地质构造和特征,包括两个名为 Máaz 和 Séítah 的人。

Mayhew 以前只研究过地球上的岩石,她认为这次任务是一个机会,可以扩展她作为地质学家的技能,并且至少可以替代地踏上另一个世界。

“我有时意识到我做我所做的事情是多么疯狂,”她说。 “我真的很感激我有机会成为这一开创性科学的一部分。”

信用:喷气推进实验室

写在石头上

杰泽罗陨石坑今天看起来干燥多尘,但在 30 亿多年前,它几乎无法辨认。 在这里,从一个入口倾泻而下的水滋养了一个湖水,湖水的大小随着时间的推移而不断扩大和缩小。

梅休和她的同事们正试图充实那个潮湿过去的时间表。

该团队的第一组发现集中在两个地质构造上,特别是:Máaz,纳瓦霍的“火星”,这一特征似乎覆盖了较大的纳瓦霍 Séítah,即“在沙中”。 为了研究这个地形,研究人员依靠了 Perseverance 上的几种仪器,包括 SuperCam。 这种旋转仪器位于漫游车顶部,使用激光量化元素并识别各种岩石中存在的矿物质。

Mayhew 是加州理工学院的 Ken Farley 和洛斯阿拉莫斯国家实验室的 Roger Wiens 领导的两篇论文的合著者,详细介绍了毅力号在火星上的第一年。 这些研究发表在 8 月 25 日的《科学》和《科学进展》杂志上。 其他研究团队同时发表了更多的任务发现。


Jezero Crater 的地质区域地图,包括 Perseverance 的预期着陆点(绿色圆圈)。 图片来源:ESA/DLR/FU-Berlin/NASA/JPL-Caltech

该小组的结果指出了这些地层的惊人起源:火山口底部可能存在热熔岩体,分几个阶段沉降和冷却,可能同时形成 Séítah 和 Máaz。 或者,当单独的熔岩流进入火山口时,也可能形成了 Máaz。

“一个想法是,这是由地下岩浆冷却形成的单一岩石,”梅休说。 “但另一个模型是,Máaz 可能是由活跃在火星表面的熔岩单独形成的。”

该项目触及了一个激发了她长达数十年职业生涯的大部分时间的问题:生命怎样在我们星球上一些最不可能的地方生存?

2007 年和 2008 年,Mayhew 进行了研究航行,从太平洋和大西洋底部收集岩石,以了解更多关于热液系统中微生物生命的信息。 2015 年,她参加了国际海洋钻探计划研究巡航,该巡航钻探到热液系统的地下,以接近反应活跃的岩石。 在这些地点,岩石与水发生反应并产生氢气等化学物质——这些营养物质支持充满活力的微生物群落,而这些微生物群落反过来又可以支持更复杂的生命,如甲壳类动物和其他无脊椎动物。

“我的研究一直关注水怎样改变岩石以及该过程怎样支持生命,”梅休说。

漫游者的发现提供了红色星球古代景观的一瞥
一个 close由 Perseverance 的 SuperCam 仪器拍摄的 Máaz 岩层的俯视图。 图片来源:NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS

重返地球

为了弄清楚 Jezero 的岩石是否可能在数十亿年前支持了生命,Mayhew 和她的同事需要在地球实验室的显微镜下更仔细地观察这些火星块。

她解释说,在执行任务期间,毅力号正在使用钻头挖掘大约 40 个火星地质样本,并将它们储存在密封管中。 美国宇航局正在与欧洲航天局 (ESA) 合作执行不同的任务,这些任务将前往火星,拾取其中的 30 个管子并将它们带回地球。

Mayhew 是该任务返回样本科学团队的 15 名科学家之一。 她和她的同事与其他团队成员和毅力号的操作员一起决定火星车应该收集哪些岩石。 迄今为止,该团队已经装满了 13 个样本管,其中 12 个装满了岩石,一个装满了大气样本,并计划很快收集更多的岩石样本。 该团队还密封了两个“见证”管以收集大气中的灰尘和颗粒,使研究人员能够测量采样过程中可能存在的污染。

Mayhew 说,从地球上的地质学家转变为研究外星世界的科学家是艰难的,但也是有益的。

“这感觉像是一个很大的学习曲线。我没有团队中很多人的背景,尤其是那些自 2000 年代初机遇和精神号出现以来一直从事漫游任务的人,”梅休说. “我一直在努力保持耳朵张开并向他们学习。”

2022 年 3 月,毅力号离开火山口底部,前往可能是任务中最令人兴奋的地形——三角洲。 在这里,该团队将收集曾经在火星上流过水时沉积在火山口底部的岩石。

毅力和梅休没有停止的迹象:“这是一个忙碌的日程安排,我们必须继续前进。”