在2022年近5个月的时间里，美国宇航局的毅力号探测器从火星上收集了岩石样本，这些样本可能会改写这颗红色星球上的水的历史，甚至包含火星上过去生命的证据。
但是，如果没有在地球上进行更详细的分析，就无法提取它们所包含的信息，这就需要一个新的任务去地球上取回样本并把它们带回来。科学家们希望在2033年之前将这些样本送到地球上，尽管美国宇航局的样本返回任务可能会推迟。
“这些样本是我们飞行任务的原因，”论文合著者大卫·舒斯特说，他是加州大学伯克利分校地球和行星科学教授，也是美国宇航局样本收集科学小组的成员。“这正是每个人都希望实现的。我们已经做到了。这就是我们要找的东西。”
8月14日发表在《AGU进展》杂志上的一项研究详细介绍了这些岩石的重要性。这些岩石是从一个干涸湖泊的河流沉积物中取样的，这个湖泊曾经填满了一个名为Jezero的陨石坑。
“这些是第一个也是唯一一个从地球以外的行星上研究和收集的沉积岩，”舒斯特说。“沉积岩很重要，因为它们是由水运输的，沉积到一个固定的水体中，然后在过去的某个时候被火星表面的液态水所化学修饰。我们来到耶泽罗的全部原因就是为了研究这种岩石类型。这些绝对是实现任务总体目标的绝佳样本。”
舒斯特是该论文的共同作者，第一作者是剑桥麻省理工学院(MIT)的地理生物学家Tanja Bosak。
博萨克说:“这些岩心可能是从任何已知的可能支持生命的环境中采样的最古老的物质。”“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上有液态水的时间、原因和时间，以及火星上是否发生了一些有机、益生元甚至潜在的生物进化。”
值得注意的是，一些样本中含有非常细粒度的沉积物，这是最有可能保留火星上过去微生物生命证据的岩石类型——如果火星上曾经或现在有生命的话。
地球化学家舒斯特说:“液态水是所有这一切的关键因素，因为据我们所知，它是生物活动的关键因素。”“地球上的细粒沉积岩最有可能保留过去生物活动的特征，包括有机分子。这就是为什么这些样本如此重要。”
7月25日，美国宇航局宣布，毅力号从一个名为切亚瓦瀑布(Cheyava Falls)的露头岩石中收集到了新的岩石样本，其中也可能包含火星上过去生命的迹象。火星车的科学仪器发现了有机分子的证据，而岩石中的“豹纹”内含物与地球上通常与微生物化石有关的特征相似。
在一份声明中，加州理工学院的毅力项目科学家肯·法利(Ken Farley)说:“科学地说，毅力没有更多的东西可以给予。为了充分了解数十亿年前在耶泽罗陨石坑的火星河谷中到底发生了什么，我们想把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对它进行研究。”
沉积物中有答案
舒斯特指出，耶泽罗和曾经流入它的河流留下的沉积物扇可能形成于35亿年前。那些丰富的水现在已经消失了，要么被困在地下，要么消失在太空中。但是当地球上的生命——以微生物的形式——已经无处不在的时候，火星是湿润的。
他说:“在35亿年前的那个时间点，生命在地球上做着自己的事情。”“最基本的问题是:在那个时间点，生命是否也在火星上活动?”
舒斯特补充说:“在过去35亿年里，地球上的任何地方，如果你给我一个场景，一条河流流入火山口，将物质输送到一个固定的水体，生物就会在那里扎根，并以这样或那样的方式留下印记。”“特别是在细粒度的沉积物中，我们很有可能在实验室观察中记录这种生物，我们可以在地球上对这种物质进行观察。”
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。我们在地球上熟悉的生命类型使用和产生有机分子，尽管它们的存在并不是生命存在的明确证据。
舒斯特说:“我们没有在这些关键样本中清楚地观察到有机化合物。”“但是，仅仅因为该仪器没有检测到有机化合物，并不意味着这些样品中没有有机化合物。这只是意味着它们的浓度没有达到漫游者仪器在这些特定岩石中检测到的浓度。”
到目前为止，“毅力号”总共收集了25个样本，包括重复样本和大气样本，以及三个“见证管”，这些“见证管”捕获了探测器周围可能存在的污染物。8个重复的岩石样本加上一个大气样本和一个见证管被存放在耶泽洛表面所谓的“三叉”贮藏库中，以防火星车出现问题，无法取回车上的样本。其他15个样本——包括7月21日采集的切亚瓦瀑布样本——仍在车上等待回收。
舒斯特是一个团队的一员，该团队分析了收集的前8个岩石样本，每个样本来自陨石坑底部的两个地点，所有这些岩石都是火成岩，可能是流星撞击表面并挖掘陨石坑时形成的。这些结果发表在2023年的一篇论文中，基于毅力号上的仪器的分析。
这篇新论文是对另外七个样本的分析，其中三个是现在存放在火星表面的复制品，这些样本是在2022年7月7日至11月29日期间从耶泽洛的西部沉积物扇前部收集的。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。
Bosak说:“毅力号在耶泽罗扇西部的前缘、顶部和边缘处遇到了水沉积的沉积岩，并收集了一套由8种含碳酸盐砂岩、一种富含硫酸盐的泥岩、一种富含硫酸盐的砂岩和一种砂卵石砾岩组成的样品。”“在扇前收集的岩石是最古老的，而在扇顶收集的岩石可能是在西部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，虽然博萨克对细粒度沉积物中可能存在的生物特征最感兴趣，但粗粒度沉积物也包含有关火星上水的关键信息。虽然不太可能保存有机物质或潜在的生物物质，但它们含有碳酸盐物质和由现已消失的河流从上游冲刷而来的碎屑。因此，它们可以帮助确定水在火星上真正流动的时间，这是舒斯特自己研究的重点。
“通过对这些碎屑矿物的实验室分析，我们可以对沉积物沉积的时间和水的化学成分做出定量的陈述。当这些次级相沉淀时，水的pH值(酸度)是多少?这种化学变化是在什么时间点发生的?”
“我们现在在样品套件中有这种样品组合，这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?是断断续续的吗?”
研究人员强调，这些问题的答案依赖于对陆地实验室中返回的物质的分析，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。
“最重要的行星科学目标之一就是带回这些样本，”舒斯特说。
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