機遇號的發現——火星“藍莓”，究竟出自何處？

NASA正式宣佈結束歷史性的機遇號漫遊車任務，終止了它在火星上歷經14年的壯觀冒險。然而，這輛漫遊車最吸引人的發現之一發生在它登陸火星後兩個月，當時它偶然發現了與藍莓驚人相似的微小物體，至今在科學家隊伍中仍然對這種物體的性質存在分歧。

機遇號火星漫遊車在火星表面觀察到的的神祕“藍莓”。圖源：NASA/JPL-Caltech/Cornell/USGS

2004年2月11日，機遇號在子午線高原（火星南緯2度的一個高原）探尋一個岩石露頭時，冒險進入了一個被堅硬的圓形灰色卵石覆蓋的區域。由於這些“卵石”呈現怪異的球形，火星探索漫遊者（MER）團隊將其稱為“藍莓”。

“（我們）看到了一些非常奇怪的事情，” Steve Squyres（MER團隊成員，康奈爾大學的科學家）在當時的任務日誌中指出，“（我們）看到了這些奇怪的被我們稱之為‘小球體（spherules）’的圓形物體被埋在露頭中，就像（英式）鬆餅中的的藍莓。露頭已被腐蝕，就像是被打磨過一樣，然後小球體（似乎比露頭的其餘部分更能抵抗腐蝕）掉下來並滾下山坡。

MER團隊使用機遇號的顯微成像相機觀察了幾批微小的藍莓，它們的直徑介於100微米至6.2毫米之間。Squyres在這次發現後不久釋出的NASA新聞稿中說，這些特點“不同於火星上之前見過的任何東西”。

對這種異常地質的解釋包括由於水環境，隕石撞擊和火山噴發引起的堆積(accretion)。這次發現的兩週後，MER團隊決定採用這個理論，聲稱球形卵石是一種被稱為“凝結物”的地質現象。

他說，這些藍莓是從軌道上看到的赤鐵礦，是從岩石中滲出的水溶液中緩慢生長出來的小球。

McSween說：“我們能夠識別其中的赤鐵礦，並在岩石中看到它們。當岩石風化時，這些凝結物更具抵抗性，因此其他所有物質可能會被風吹走，然而這些凝結物會被遺留下來並且在表面堆積形成高濃度。地質學家稱之為“滯留沉積”。

他說，已知的類似的赤鐵礦凝結物會在地球上出現，但通常更大。至於藍莓的明顯藍色，McSween說它們實際上是灰色的。他解釋說，MER團隊“選擇了某些波長的光用於成像，這會使它們看起來像是藍色。”

這個由堆積形成小球的結論意味著水曾經存在於火星表面。在今天這是一個可以接受的事實，很大程度上要歸功於好奇號漫遊車的發現，但是這些結論在藍莓被發現時還不曾被了解。

然而火星藍莓的故事並沒有就此結束。

2005年，美國亞利桑那州大學地球與太空探索學院的的Donald Burt在合著的《月球與行星科學報》中聲稱，MER的分析是沒有意義的。必須由其他原因來解釋這些奇怪的外部特徵。

Burt所指的“異常礦物性質”是指其灰藍色的外觀，表明這些物體是在高溫下形成的。在地球上，這些如鏡面一般的或者閃閃發亮的赤鐵礦，通常於溫泉或火山蒸汽中形成。他說，正常的沉積物是在低溫環境下形成的，但它們是由無光澤的鐵組成的。

為了解釋火星藍莓，Burt以及他的合著者Paul Knauth和Ken Wohletz重新探討了更早的想法：來自於隕石的影響。在這個小組於2005年在Nature上發表的另一篇論文中，他們認為卵石是一種不尋常的撞擊球，由鐵片與粘性的，酸性的，和鹹性的蒸汽以及塵埃雲（產生與隕石與富含鐵的火星撞擊）之間複雜的翻騰相互作用形成。

Burt說：“這些雲類似於大型火山爆發或核彈在地面爆炸形成的巨大的火山碎屑雲。這些小球被稱為‘堆積火山石（accretionary lapilli）’。眾所周知，這種球是在地球上發生爆炸事件時通過堆積形成的。比如，它們是在隕石撞擊事件中形成的，據信該事件大約在6500萬年前殺死了恐龍。這個過程有點兒像在高高的積雨雲上結冰形成冰雹。”

大量的藍莓。

Burt說MER團隊在他和他的同事向他們提議後考慮了這個假設，但最終拒絕了“赤鐵礦冰雹”的想法。儘管如此，Burt說他的團隊提出的撞擊球假說“解釋了它們的球形，它們嚴格的尺寸限制（由於它們懸浮在湍動氣體中），它們非常廣泛且勻均的分佈，以及不尋常的藍色，閃亮的外觀和礦物性質”。

他補充說：“一直以來，我們與MER團隊的基本分歧在於，我們認為火星早期的沉積環境不必與當今地球上的沉積環境相同，儘管這兩個行星之間存在明顯的相似之處。早期的火星仍然是一個相對較小的星球，不斷受到撞擊轟炸，並且距太陽的距離仍然是與地球的兩倍。”

有趣的是，由夏威夷大學的地球物理學家Anupam Misra於2014年進行的一項被髮表在《行星與空間科學》上的研究得出了相同的結論——火星藍莓不是來自於堆積而是由隕石形成的。Misra的主要論點是，凝結理論無法解釋火星藍莓狹窄的尺寸，然而隕石撞擊論可以解釋。

然而，在Misra論文發表後不久，猶他大學的地質學家Brenda Bowen和石溪大學的Timothy Glotch告訴國家地理雜誌，凝結理論還未消亡。Bowen說，火星環境仍然可以產生堆積所需的條件，而Glotch說機遇號上的工具指出的是低溫地質過程，而不是“高溫事件”。

日本名古屋大學和高知大學的一個研究團隊不甘示弱，於2018年12月提出另一種解釋。他們認為球體形成於方解石的核的周圍，而富含鐵的成分僅存在於外部。來自Space.com的Apost解釋說：“基於現場觀察和化學模型，科學家們認為富含鐵且具有輕度酸性的水沖刷了原始的方解石結構。與地球上不同，火星藍莓成份似乎完全是赤鐵礦，不再具有任何方解石的核心成分。研究人員稱，但也可能是因為長期的過度清洗導致方解石被吞噬。”

“機遇號是一項了不起的任務，它的執行之間很長並且揭示了很多東西，從而展示了NASA出色的工程能力。兩次MER任務中最好的部分是Steve Squyres, Jim Bell(負責機遇號全景相機的首席科學家) 和NASA的早期決定：在獲得影像和科學成果後立即與公眾分享。除了增加公眾的熱情外，這項重大決定還允許了諸如我們提出的這樣不同的科學解釋能夠被逐年假設和進行實時測試，而無需我們成為官方團隊的成員。”

火星藍莓的本質仍然是一個謎。從原本90天的探索期延伸到歷時14年，機遇號漫遊車揭開了一直困擾科學家的火星謎團，這無疑揭示了機遇任務的巨大成功。未來幾年，機遇號與勇氣號的貢獻將繼續在科學界引起反響。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. gizmodo -George Dvorsky-晦元誠之