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有這樣一塊古老硬幣大小的玻璃、礦物和巖石，厚度和羊毛纖維相差無(wú)幾。這是一塊火星隕石，被稱(chēng)為西北非洲7034或黑美人，它是由巨大的撞擊，將火星地殼的不同部分粘合在一起形成。巴恩斯是亞利桑那大學(xué)衛(wèi)星和行星實(shí)驗(yàn)室的行星科學(xué)助理教授，她和研究團(tuán)隊(duì)對(duì)黑美人隕石和著名的艾倫山84001隕石進(jìn)行了化學(xué)分析以重建火星的水資源歷史和行星起源。

然而在20世紀(jì)90年代，這兩塊隕石因據(jù)稱(chēng)含有火星微生物而備受爭(zhēng)議。其研究成果發(fā)表在《自然地球科學(xué)》期刊上，研究分析表明：火星在其歷史早期可能從至少兩個(gè)截然不同的來(lái)源獲得了水。研究人員發(fā)現(xiàn)的可變性意味著，與地球不同的是，火星從來(lái)沒(méi)有完全包圍火星的巖漿海洋。火星內(nèi)部這兩種不同的水源，可能會(huì)告訴我們一些關(guān)于可以聚合成內(nèi)部巖石行星物體種類(lèi)的信息。

解讀火星水

兩個(gè)截然不同、含水量大不相同的行星體可能會(huì)相撞，永遠(yuǎn)不會(huì)完全混合。這一背景對(duì)于理解火星過(guò)去的宜居性和天體生物學(xué)也很重要。很多科學(xué)家一直在試圖弄清火星的水資源歷史，比如，水是從哪里來(lái)的？它在火星的外殼(表面)有多長(zhǎng)時(shí)間？火星內(nèi)部的水是從哪里來(lái)的？水能告訴我們火星是如何形成和演化的嗎？研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)尋找氫的兩同位素的線(xiàn)索，能夠拼湊出火星的水歷史。

一個(gè)氫同位素在其原子核中含有一個(gè)質(zhì)子，被稱(chēng)為“輕氫”。另一種同位素叫做氘，它在原子核中含有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，被稱(chēng)為“重氫”。這兩種氫同位素的比例向行星科學(xué)家發(fā)出信號(hào)，告訴他們?cè)趲r石、礦物和玻璃中發(fā)現(xiàn)水的過(guò)程和可能的來(lái)源。大約20年來(lái)，研究人員一直在記錄火星隕石的同位素比率，數(shù)據(jù)到處都是似乎沒(méi)有什么趨勢(shì)。

隕石之謎

鎖定在地球巖石中的水是所謂的普通水，這意味著它不會(huì)偏離海水的標(biāo)準(zhǔn)參考值，即重氫與輕氫的比例為1：6420。另一方面，火星大氣層是嚴(yán)重分餾的，即它主要由氘或重氫組成，很可能是因?yàn)樘?yáng)風(fēng)帶走了輕氫。來(lái)自火星隕石的測(cè)量覆蓋了地球和火星大氣測(cè)量之間的差異（其中許多是由撞擊事件從火星深處撞擊出來(lái)的），研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究火星地殼的氫同位素組成。

特別是通過(guò)研究來(lái)自火星地殼的樣本：黑美人隕石和艾倫山隕石?！昂诿廊恕碧貏e有用，因?yàn)樗腔鹦菤v史上許多不同時(shí)期表面材料的混合體。這讓科學(xué)家對(duì)火星幾十億年來(lái)的地殼形成有了一個(gè)概念。隕石樣本的同位素比值落在地球巖石和火星大氣之間，當(dāng)研究人員的發(fā)現(xiàn)與之前研究（包括好奇號(hào)火星車(chē)的研究結(jié)果）進(jìn)行比較時(shí)，似乎火星40億多年歷史中的大部分都是這樣的。

研究團(tuán)隊(duì)在努力解釋為什么地殼看起來(lái)與火星地幔如此不同，火星地幔是后來(lái)在下面的巖石。如果試圖解釋火星地殼這個(gè)相當(dāng)恒定的同位素比率，不能用大氣來(lái)解釋這一點(diǎn)。但知道地殼是如何形成的，它們是由內(nèi)部凝固在表面的熔融物質(zhì)形成。在研究人員開(kāi)始這項(xiàng)工作之前，普遍的假設(shè)是火星內(nèi)部更像地球，更完整，因此火星樣本中氫同位素比率的變化要么是由于陸地污染，要么是因?yàn)樗x開(kāi)火星時(shí)受到了大氣注入。

火星內(nèi)部成分與地球相似的想法，來(lái)自對(duì)火星隕石的一項(xiàng)研究，該隕石被認(rèn)為起源于地幔，即行星核心和表面地殼之間的內(nèi)部。然而，火星隕石基本上到處都是，所以試圖弄清楚這些樣本實(shí)際上告訴我們關(guān)于火星地幔中水的信息在歷史上一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。關(guān)于地殼數(shù)據(jù)如此不同的事實(shí)，仔細(xì)審查了這些數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)，兩種地球化學(xué)上不同類(lèi)型的火星火山巖（富集型雪戈特巖和貧化型雪戈特巖）含有不同氫同位素比率的水。

研究發(fā)現(xiàn)，富集型雪戈特巖比貧化的雪戈特巖含有更多的氘，后者更像地球。事實(shí)證明，如果將這兩種雪戈特礦中不同比例的氫混合在一起，就可以得到地殼的信息。研究人員認(rèn)為，雪戈提巖記錄了火星內(nèi)兩個(gè)不同氫的特征，這種明顯的差異顯示出，可能有不止一個(gè)來(lái)源為火星提供了水。

博科園｜研究/來(lái)自：亞利桑那大學(xué)

參考期刊《自然地球科學(xué)》

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