當“毅力號”火星車在2021年春天開始分析Jezero環形山底部的岩石時，NASA的科學家們得到了一個大驚喜。他們原本以為會找到沉積岩，因為該環形山在數十億年前曾有一個湖。這本來是在曾有水的環境中沉澱的沙子和泥巴形成。
相反，他們發現地面是由兩種類型的火成岩構成–一種是由地表的火山活動形成，另一種則來自地下深處的岩漿。
這些發現在已在於日前發表的四篇新科學論文中進行了描述。在《科學》上，一篇提供了“毅力號”在4月到達Jezero古河三角洲之前對環形山底部的調查概況。同一雜誌上的第二篇研究則詳細描述了似乎由厚厚的岩漿體形成的獨特岩石。另外兩篇發表在《科學進展》上的論文記錄了“毅力號”的岩石蒸發激光和地面穿透雷達確定火成岩覆蓋環形山底部的獨特方式。
古老的岩石
火成岩是優秀的時間記錄者。這是因為它們內部的晶體記錄了關於它們形成的精確時刻的細節。
“我們收集的火成岩的一個巨大價值是，它們將告訴我們湖泊何時出現在Jezero。我們知道它在那裡的時間比火成岩坑底岩石形成的時間還要短。這將解決一些重大問題。火星的氣候何時有利於該星球表面的湖泊和河流以及何時轉變為我們今天看到的非常寒冷和乾燥的條件？”加州理工學院的Ken Farley說道，他是“毅力號”項目的科學家，也是新的《科學》論文中第一篇的第一作者。
然而因為形成方式，火成岩並不適合保存“毅力號”正在尋找的古代微觀生命的潛在跡象。另一方面，確定沉積岩的年齡可能具有挑戰性，特別是當它包含在岩石沉積物沉積前不同時期形成的岩石碎片時。不過沉積岩往往形成於適合生命存在的水環境中，更有利於保存古代的生命跡象。
這就是為什麼“毅力號”自2022年4月以來一直在探索的沉積物豐富的河流三角洲對科學家來說是如此誘人。該探測器已經開始在那裡鑽探和收集沉積岩的核心樣本以便火星樣本返回活動有可能將它們送回地球，在那裡其可以用強大的實驗室設備進行研究，而這些設備太大，無法帶到火星上。
由岩漿形成的神秘岩石
在《科學》發表的第二篇論文中，火星上一個長期存在的謎團被解開。火星軌道飛行器幾年前發現了一個充滿礦物橄欖石的岩層。這個岩層的面積約為27,000平方英里（70,000平方公里）–幾乎相當於南卡羅來納州的面積–從Jezero環形山的內側邊緣延伸到周圍地區。
科學家們對橄欖石在如此大面積的表面上如此豐富的原因提出了各種理論。這些理論包括隕石撞擊、火山噴發和沉積過程。另一種理論是，橄欖石在地下深處由緩慢冷卻的岩漿–熔岩–形成，然後隨着時間的推移被侵蝕而暴露出來。
NASA加州噴氣推進實驗室(JPL)的Yang Liu和她的合著者已經確定，最後一種解釋是最有可能的。“毅力號”通過磨蝕一塊岩石揭示了它的成分。科學家們在研究這個暴露出來的斑塊時發現了橄欖石的大顆粒尺寸及岩石的化學和紋理。
通過利用“毅力號”的X射線岩石化學行星儀器(PIXL)，他們確定該地區的橄欖石顆粒尺寸為1至3毫米–這比在行星表面快速冷卻的熔岩中形成的橄欖石所預期的大得多。
“這種大的晶體尺寸和它在特定岩石紋理中的均勻成分需要一個非常緩慢的冷卻環境。因此，最有可能的是，Jezero的這種岩漿並沒有在表面噴發，”Liu說道。
獨特的科學工具
兩篇《科學進展》論文中詳細介紹了幫助確定火成岩覆蓋環形山地面的科學儀器的發現。這些儀器包括“毅力號”的SuperCam激光器和一個名為RIMFAX（火星地下實驗的雷達成像儀）的地面穿透雷達。
SuperCam配備了一個岩石蒸發激光器，它可以從20英尺（7米）以外的地方斬斷像鉛筆尖一樣小的目標。它使用一個可見光光譜儀分析產生的蒸汽以確定岩石的化學成分。在“毅力號”在火星上的頭10個月里，SuperCam拍攝了1450個點並幫助科學家們得出了關於環形山底火成岩的結論。
此外，SuperCam使用近紅外光–它是火星上第一個具有這種能力的儀器–發現水改變了環形山底部岩石中的礦物質。然而根據激光和紅外線的綜合觀察，這種改變並沒有普遍存在於整個環形山底部。
普渡大學和洛斯阿拉莫斯國家實驗室的SuperCam首席研究員Roger Wiens說道：“SuperCam的數據表明，要麼這些岩層跟Jezero的湖水隔離，要麼湖水存在的時間很有限。”
RIMFAX標誌着另一個第一次。儘管火星軌道飛行器攜帶有地面穿透雷達，但在“毅力號”之前，沒有任何航天器在火星表面進行過。由於在火星表面，RIMFAX可以提供無與倫比的細節並對環形山地面進行了調查，深度達50英尺（15米）。
它的高分辨率“雷達圖”顯示，岩層意外地在地下傾斜達15度。了解這些岩層是如何排序的可以幫助科學家建立Jezero環形山形成的時間線。
挪威奧斯陸大學RIMFAX的主要研究人員Svein-Erik Hamran說道：“作為第一個在火星表面運行的此類儀器，RIMFAX已經證明了地面穿透雷達作為地下勘探工具的潛在價值。”
科學小組對他們迄今為止的發現感到興奮，不過他們對未來的科學工作更加興奮。