如今的火星，寒冷而干燥。然而，数十亿年前，它的表面曾有液态水——科学家们一直对当时的火星可能是什么样子充满好奇。一项于7月7日发表在《通信地球与环境》杂志上的新研究，分析了NASA好奇号火星车收集的土壤样本数据，并将其与地球上类似的土壤进行了比较。这让我们得以一窥数十亿年前的火星表面——数据显示，当时的火星确实是一个寒冷、湿润的荒芜星球。
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好奇号在盖尔撞击坑（其于2012年登陆的火星地标）已经工作了十多年。这个直径100英里的撞击坑是由约35亿至38亿年前的一次小行星撞击形成的。之所以选择盖尔撞击坑作为好奇号的着陆点，是因为有大量迹象表明这里曾经是一个湖泊。好奇号从撞击坑收集的土壤样本具有几个显著特征：它们含有二氧化硅，富含铁，但缺乏铝。
在地球上，这种土壤是由“蛇纹石化”形成的，这是一个将各种矿物质转化为蛇纹石的地质过程。至关重要的是，这个过程需要液态水，因此，在盖尔撞击坑中发现成分相似的物质，进一步证明了该撞击坑曾被水填充。
火星样本的另一个关键特征是它们很大程度上是“X射线非晶质”的，这意味着它们缺乏可通过X射线衍射探测到的重复晶体结构。样本的非晶质性让科学家们大为惊讶，主要是因为非晶质材料通常被认为是“亚稳态”的——正如研究指出的那样，它“容易转化为更热力学稳定、更具晶体相的矿物相”。
为何这种情况没有发生在盖尔撞击坑，目前尚不清楚，但一种理论认为，转化过程受到“动力学限制条件，如更低的温度”的阻碍。如果属实，这表明火星一直是一个寒冷的地方。
鉴于无法直接研究火星土壤，研究的作者们采取了次优方案：他们在地球上找到了类似的样本，并研究了这些样本的性质。他们搜寻了几个土壤成分相似的地点：加利福尼亚州克拉马斯山脉的两个地点，内华达州西部的一个地点，以及位于加拿大纽芬兰岛上的格罗斯莫恩国家公园的一个地点。
重要的是，来自纽芬兰的样本是X射线非晶质的，而来自加利福尼亚和内华达的样本则不是。这表明，寒冷的加拿大气候对于保存这种缺乏晶体结构的特性至关重要——这也支持了类似的现象发生在火星上的理论：“盖尔撞击坑中存在丰富的[铁]-富含非晶质材料，与它们形成期间的凉爽湿润条件以及随后促进它们持续存在的寒冷干燥条件相一致。”
“这表明你需要有水才能形成这些物质，”现就职于DRI（沙漠研究所）并参与该研究的土壤科学家兼地貌学家安东尼·费尔德曼 (Anthony Feldman)表示，“但年平均气温需要接近冰点，才能在土壤中保存非晶质材料。”
这项研究为科学家们如何从地质记录中推断出遥远过去的某个环境提供了有趣的见解。它还表明，即使在液态水曾经流淌的寒冷遥远地表时期，火星环境也不是特别宜居。
