新生成的火星水圖將大大推進未來的宇宙探索

一幅新生成的火星地圖正在改變我們對火星過去水資源的看法，並指示了我們未來應該登陸火星的地點。

這張地圖顯示了火星上的礦藏，它是在過去十年中利用歐洲太空總署的火星快車號的光學與紅外礦物光譜儀( OMEGA )^[1]和美國國家航空暨太空總署火星偵察軌道衛星的火星專用小型偵察影像頻譜儀( CRISM )^[2]所採集的數據精心繪製的。

這張地圖詳細地顯示了含水礦物的位置和豐度。他們是岩石在過去的水作用下發生了化學變化，並轉化為了粘土和鹽。

來自兩次火星任務的數據被用來繪製火星上第一張詳細的水合礦床全球地圖。這些礦物主要是粘土和鹽，可以用來描述地球各個地區的水歷史。大多數情況下，粘土是在火星早期潮濕時期形成的，而今天仍然可見的許多鹽是隨著水逐漸乾涸而產生的。地圖上顯示了各種著陸點和感興趣的地區。 Mawrth Vallis 是一條古老的流出水道，富含粘土。 Oxia Planum 是另一個富含粘土的地區，已被選為歐空局 Rosalind Franklin 漫遊者的著陸點。子午線平原橫跨火星赤道，是 2004 年 NASA 火星探測車機遇號的著陸點。馬里內裏斯山谷是太陽系中最大的峽谷之一。蓋爾隕石坑和耶澤羅隕石坑分別是2012年和 2020 年 NASA 好奇號和毅力號探測器的著陸點。地圖上顯示的粘土包括鐵和鎂層狀矽酸鹽、沸石和鋁矽酸鹽粘土。所示的鹽是由碳和氧組成的碳酸鹽。

地圖上顯示的粘土包括鐵和鎂層狀矽酸鹽、沸石和鋁矽酸鹽粘土。所示的鹽是由碳和氧組成的碳酸鹽。

在地球上，當水與岩石相互作用時就會形成粘土，不同的條件會產生不同類型的粘土。例如，當相對少量的水與岩石相互作用時，就會形成蒙脫石和蛭石等粘土礦物，因此它們基本上保留了與原始火山岩相同的化學元素，即鐵和鎂。當水的量相對較高時，岩石可以在更大程度上被改變，隨著可溶性元素被水帶走，留下高嶺土等富鋁黏土。

令人驚訝的是這些礦物質的普遍性。十年前，行星科學家們發現火星上大約有 1000 個礦苗。這使它們成為有趣的地質怪像。然而，新地圖顛覆了這種認知，因為在火星上最古老的地方發現了數十萬個這樣的區域。

「這項工作如今表明，當詳細研究火星古代地形時，看不到這些礦物質實際上才是奇怪的現象。」John Carter 如此說道。他來自法國奧賽天體物理研究所( IAS )和馬賽天文臺( LAM )^[3]，供職於巴黎-薩克雷大學以及艾克斯-馬賽大學。

這代表了我們對這顆紅色星球歷史理解範式的轉變。由於之前觀察到的水礦物的數量較少，我們認為水的範圍和持續時間可能是有限的。而現在，可以確定水在火星各地的地質形成中發揮了巨大的作用。

現在最大的問題是，水是持續的，還是僅限於更短、更激烈的時期。雖然還沒有一個確定的答案，但新的水圖無疑給研究人員提供了一個更好的途徑來尋找答案。

John 解釋說:「我認為我們都過於簡單化了火星的情況。」行星科學家們原本傾向於認為火星上只有幾種粘土礦物是在濕潤時期產生的，然後隨著水逐漸乾涸，整個星球產生了鹽。但這幅新地圖顯示，火星發展過程比人們之前認為的要複雜得多。雖然火星上的許多鹽可能比粘土形成的晚，但地圖顯示了許多例外，其中有鹽和粘土的密切混合，科學家認為一些鹽比一些粘土產生得更早。

「從有很多水到沒有水的演變並不像我們想像的那麼清晰，水不是一夜之間消失的。首先，我們可以看到多種多樣的地質背景，因此沒有一個簡單的過程或時間軸可以解釋火星的礦物學演變。這是我們研究的第一個結果。第二，如果排除地球上的生命過程，火星在地質環境中就同地球一般，展示了礦物學的多樣性。」他說。

換句話說，我們瞭解地越深入，火星的過去就變得越複雜。

火星上的耶澤羅隕石坑及其周圍顯示出豐富的礦物，這些礦物過去曾被水改變過。這些礦物主要是粘土和碳酸鹽鹽。在這一特定地區發現的礦物中，碳酸鹽是一種鹽，鐵/鎂層狀矽酸鹽是富含鐵和鎂的粘土，水合二氧化矽是二氧化矽的一種形式，在地球上形成寶石蛋白石。特寫數據來自歐洲太空總署的火星快車號和美國國家航空暨太空總署的火星勘測軌道飛行器製作的全球礦物地圖。
美國國家航空暨太空總署的“毅力號”火星車於 2020 年登陸火星，目前正在探索耶澤羅隕石坑及其周圍環境。

OMEGA 和 CRISM 儀器非常適合這項調查。他們的數據集是高度互補的，並且他們在相同的波長範圍工作，對相同的礦物敏感。 CRISM 能夠為火星高度局部的斑塊提供高解析度的表面光譜成像( 低至 15 米/像素 )，使其十分利於繪製有意義的小型區域，如火星車著陸點。例如，這張地圖顯示， NASA 2020 年「毅力」號探測器目前正在探索的耶澤羅撞擊坑具有豐富的水化礦物質。另一方面， OMEGA 以更高的光譜解析度和更好的信噪比提供了火星的全面覆蓋。這使得它更適合全球和區域繪圖，同時區分不同的蝕變礦物。

研究結果發表在由 John , Lucie Riu 及其同事撰寫的兩篇論文中。 Lucie 是歐洲太空總署在馬德里的歐洲空間天文學中心( ESAC )的研究員。在掌握了基本的探測數據後，她決定進一步量化存在的礦物質的數量。她說:「如果我們知道每種礦物質存在的位置和比例，就能更好地瞭解這些礦物質是如何形成的。」

這項成果也為任務規劃者提供了一些絕佳的未來可能著陸點，原因有二。首先，含水礦物仍然含有水分子。再加上已知的埋藏水-冰混合物的位置，這為原位資源利用提供了提取水的可能位置，這對在火星上建立人類基地至關重要。此外，粘土和鹽也是地球上常見的建築材料。

作為構建新的火星礦物全球地圖的一部分，人們發現歐克西亞高原地區富含粘土。這些粘土包括富含鐵和鎂的蒙脫石和蛭石礦物，以及當地的高嶺土，在地球上被稱為中國粘土。水合二氧化矽也被繪製在歐克西亞高原的一個古老三角洲上。

其次，在人類登上火星之前，含水礦物質就為開展科學研究提供了絕佳的場所。富含粘土的歐克西亞高原^[4]作為礦物測繪運動的一部分被發現，這些古老的粘土包括富含鐵和鎂的蒙脫石和蛭石礦物。它們不僅可以幫助科學家們瞭解火星過去的氣候，而且是研究火星上是否曾經有生命的完美地點。因此，歐克西亞高原被提議並最終被選為歐洲太空總署羅莎琳德·富蘭克林漫遊者的著陸點。

「這些資訊是我感興趣的，我認為這種測繪工作將有助於推動這些研究向前發展。」 Lucie 說。

就像以往的研究一樣，我們對火星瞭解得越多，它就變得越迷人。

參考來源：

[5]New water map of Mars will prove invaluable for future exploration