好奇号火星车为火星如何变得不适合居住提供了新的见解

美国宇航局的“好奇号”探测器目前正在探索火星的盖尔陨坑，它提供了新的细节，说明古代火星气候如何从可能适合生命存在(有证据表明表面广泛存在液态水)转变为如今我们所知道的不适合陆地生命生存的表面。

尽管如今火星表面寒冷，不适合生命生存，但美国宇航局的火星机器人探测器仍在寻找火星上是否在遥远的过去曾存在过生命的线索。研究人员利用好奇号上的仪器测量了盖尔陨石坑中发现的富碳矿物(碳酸盐)的同位素组成，并发现了有关这颗红色星球古代气候如何变化的新见解。

“这些碳酸盐的同位素值指向极端的蒸发量，这表明这些碳酸盐很可能是在只能支持短暂液态水的气候下形成的， ”美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的戴维·伯特 (David Burtt) 说。伯特也是这项研究的论文的主要作者，该论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

“我们的样本与火星表面存在生命的古老环境(生物圈)不一致，尽管这并不排除在这些碳酸盐形成之前存在地下生物圈或地表生物圈的可能性。”

同位素是元素的不同版本，但质量不同。随着水的蒸发，碳和氧的轻版本更有可能逃逸到大气中，而重版本则更多地被留下，并积累成更高的丰度，在这种情况下，最终被纳入碳酸盐岩中。

科学家之所以对碳酸盐感兴趣，是因为它们已被证实具有记录气候的能力。这些矿物可以保留其形成环境的特征，包括水的温度和酸度，以及水和大气的成分。

论文提出了盖尔陨石坑中碳酸盐的两种形成机制。第一种情况是，碳酸盐是在盖尔陨石坑内一系列干湿循环中形成的。第二种情况是，碳酸盐是在盖尔陨石坑寒冷、形成冰(低温)条件下，在非常咸的水中形成的。

“这些形成机制代表了两种不同的气候条件，可能呈现出不同的宜居情景，”该论文的合著者、美国宇航局戈达德航天中心的詹妮弗·斯特恩说。“干湿循环表明更适宜居住的环境和更不适宜居住的环境之间交替，而火星中纬度地区的低温则表明环境不太适宜居住，其中大部分水被锁在冰中，无法进行化学或生物学，那里的水极咸，不适合生命生存。”

这些古代火星气候情景之前曾被提出过，基于某些矿物的存在、全球尺度建模和岩层的识别。这一结果是首次添加岩石样本的同位素证据来支持这些情景。

火星碳酸盐中的重同位素值明显高于地球上碳酸盐矿物的重同位素值，是所有火星物质中碳和氧同位素值最高的。事实上，据该团队称，湿润干燥和寒冷盐分气候都是形成富含重碳和氧的碳酸盐的必要条件。

伯特说：“这些碳和氧同位素的数值比在地球或火星上测量到的任何其他值都要高，这一事实表明一个过程(或多个过程)正在走向极端。”

“虽然蒸发会导致地球上氧同位素发生显著变化，但本研究中测量到的变化要大两到三倍。这意味着两件事：1)极端的蒸发程度导致这些同位素值如此之重;2)这些较重的值得以保留，因此任何产生较轻同位素值的过程的幅度都必须小得多，”他继续说道。

这一发现是利用好奇号火星车上的火星样本分析 (SAM) 和可调激光光谱仪 (TLS) 仪器得出的。SAM 将样本加热至近 1,652 华氏度(近 900°C)，然后使用 TLS 分析加热阶段产生的气体。