毅力号发现地下水、湖水和热液先后浸透同一块火星岩石

美国宇航局毅力号火星车驶抵杰泽罗陨石坑内缘的岩石，原本被认为是一片古老的湖岸。结果发现，这些岩石是火山岩，曾被水浸泡、溶解并重新胶结至少三次：先是富含碳的地下水，然后是陨石坑本身的湖水，最后是热液流体，它们沿着新形成的裂缝涌入，留下了萤石和硫酸钙的矿脉。

这一先后顺序之所以重要，是因为每一种水体都代表着不同的栖息环境。渗入富含橄榄岩的地下水、静止的湖水以及温暖的地下循环系统——在地球上，这些都是微生物繁衍生息的环境。而被称为“边缘单元”的这一岩带，恰好在一处记录了全部三种水体。该研究团队如今将这一地点描述为多个水系统的交汇点，而非单一的湖岸线。

这三块岩芯样本已被密封在毅力号内部的试管中。目前没有任何已获资助的计划将它们带回地球。

超级相机如何从最远6.5米处读取185块岩石

这项研究依赖于“超级相机”，这是安装在毅力号桅杆上、距地面约两米的一台仪器。它向岩石发射激光，最远距离可达6.5米，将一块仅零点几毫米宽的斑点气化成微小的等离子体。等离子体冷却时发出的光揭示了岩石中的元素成分，第二台光谱仪则通过反射光读取矿物信息。一台小型彩色相机拍摄每个斑点的照片，以便地质学家观察颗粒大小和纹理。

毅力号在边缘单元区域对超过185个基岩目标使用了该激光，沿陨石坑壁爬升了约265米的高度。论文第一作者、普渡大学研究科学家坎迪斯·贝德福德（Candice Bedford）及其同事将结果按化学家族分类，并与岩石的近距离外观进行比对。随后，他们绘制了每个化学家族相对于陨石坑古湖水位的位置——此前的研究已根据轨道可见的阶地重建了这些水位。

最后一步揭示了整个故事。在斜坡高处、火星参考基准面以下约2350米以上，岩石是一种缓慢冷却、富含橄榄石的结晶岩体，几乎没有任何水蚀迹象。而在较低处、湖泊第二级阶地以下，同样的岩石已发生蚀变、碎裂并被填充。

同一块岩石中的三种水体，按顺序排列

第一种水来自地下。富含二氧化碳的中性至碱性地下水沿基岩裂缝移动，与橄榄石（一种绿色火山矿物）发生反应，在裂缝中沉积了碳酸盐。后来的侵蚀剥去了这些填充物周围的较软岩石，使它们像山脊一样凸起。“裂缝就像管道，碳酸盐则是火星上的‘水垢’，最终堵塞了这些‘管道’。”贝德福德说。

第二种水酸性更强，温度可能更低。它溶解了部分碳酸盐，在岩石中打开了小孔隙，并用二氧化硅填充了它们。富含二氧化硅的岩石仅出现在边缘单元中位于湖泊第二级湖岸线以下的部分，因此合著者、夏威夷大学马诺阿分校的埃莱尼·拉瓦尼斯（Eleni Ravanis）与团队将这一阶段与湖泊本身联系起来，或者与长期与岩石反应的地下水联系起来。

第三种水是热的。晚期流体沿较年轻的裂缝流动，沉淀出一条约25厘米厚的硫酸钙和萤石矿脉。萤石可以在寒冷的火星地下水中作为微量矿物形成，但如此规模的矿脉在地球上看起来像是热液沉积。作者指出，杰泽罗边缘的一个可能火山构造以及附近的叙尔蒂斯大火山岩区是可能的热源。

为什么碳酸盐交汇点对杰泽罗以外的区域也重要

杰泽罗是一个直径45公里的陨石坑，曾有一个河流注入的湖泊，毅力号被派往那里是因为轨道器在其边缘发现了碳酸盐。在地球上，碳酸盐和二氧化硅是锁定古代生命化学和微观痕迹的最佳矿物之一。碳酸盐湖岸正是使这片陨石坑壁区域成为首要目标的情景。

“在我们抵达边缘单元之前，主要假设是这些碳酸盐是由与杰泽罗陨石坑内湖泊的相互作用形成的，但现在我们知道，这个地点变成了水系统的交汇点。”贝德福德说。

这一发现的影响也超出了陨石坑本身。杰泽罗位于火星上最大的碳酸盐暴露区域之一，这是一片富含橄榄石的岩层，横跨更广阔的尼利福萨地区。来自陨石坑外的轨道光谱已经看起来与边缘单元相似，暗示那里也有地下水或热液成因。如果同样的故事在整个区域成立，那么地下水而非开阔的湖泊可能解释了从轨道上看到的大部分碳酸盐。

天体生物学家还关注另一个原因。当地球上的水与橄榄石反应时，该反应可以释放氢气，这是一种某些微生物赖以生存的化学燃料。这些岩石表明，这种水-岩化学反应在这里反复发生过。

岩石尚未解决的问题

这些都不是生命存在的证据。该研究绘制了矿物和化学图谱；它没有报告边缘单元中存在任何有机分子或生物特征。

该方法存在局限性。超级相机的激光测量的是直径不到一毫米的斑点中的元素，矿物比例是根据这些化学数据加上图像推断出来的，而非在实验室中直接测量。第二种水的来源尚未确定：作者写道，沉积二氧化硅的流体“很可能由杰泽罗古湖本身或地下水”提供，后者通过与岩石长期接触而演化，而火星车数据无法区分这两者。第三期事件背后的热量也是一种推断。陨石坑边缘的火山构造只是一个候选，并非确认的喷口。

时间顺序是最大的空白。这一序列是相对的：先是地下水，然后是湖泊或演化后的地下水，最后是热液。该研究没有为任何一期事件确定绝对年龄，因此无法判断这些事件是相隔数千年还是数亿年。这个答案需要对岩芯样本本身进行实验室测年。

样本已密封，但仍留在火星上

毅力号在边缘单元的低洼区域钻取了两块岩芯，分别命名为“鹈鹕角”和“勒弗罗伊湾”，以及在行进路线更远处的第三块“彗星喷泉”。它们是为一项样本返回任务而采集的，该任务将把它们运送到地球实验室，以便进行测年和寻找微化石。

这项任务如今已没有资金支持。美国国会未在2026财年拨款中资助NASA和ESA联合的“火星样本返回”计划，该拨款法案于2026年1月签署。中国的天问三号任务计划于2028年发射，并在2031年左右从另一个地点带回自己的火星样本。

毅力号于2021年2月登陆杰泽罗，并从2023年9月开始，用大约一年的时间穿越了边缘单元。这项研究于2026年9月21日发表在《通讯-地球与环境》上，正是基于那次穿越。“如果说我在与火星车合作的10年里学到了什么，那就是火星不断给你带来惊喜。”贝德福德说。

关于杰泽罗陨石坑水历史的常见问题

毅力号在火星上发现了水吗？

不是现在的液态水。它发现了只有在水与岩石反应时才会形成的矿物，表明数十亿年前，地下水、湖泊以及后来的热液流体都曾流过杰泽罗陨石坑中同一块火山岩。

杰泽罗陨石坑中的边缘单元是什么？

它是沿杰泽罗陨石坑内缘的一条富含橄榄石的岩带。轨道数据曾表明它是一条布满碳酸盐的古老湖岸。毅力号显示它是火成岩，至少被水改变了三次。

火星上的碳酸盐对寻找生命为什么重要？

在地球上，碳酸盐和二氧化硅矿物可以保存数十亿年前的化学和微观微生物痕迹。富含这两种矿物的岩石是寻找古代火星生命迹象的最佳地点之一。

毅力号的样本最终能返回地球吗？

目前没有任务获得资助来收集它们。NASA和ESA的样本返回计划在2026年失去了资金，这些岩芯仍密封在火星车上。

参考文献：Bedford et al., “Lake- and groundwater-associated alteration of the olivine-rich Margin unit in Jezero crater, Mars,” Communications Earth & Environment, 2026. DOI: 10.1038/s43247-026-03997-9

标签: nasa, Jezero Crater, Mars, Perseverance, 火星探测, 火星水