当“毅力号”火星车在2021年春天开始分析Jezero环形山底部的岩石时，NASA的科学家们得到了一个大惊喜。他们原本以为会找到沉积岩，因为该环形山在数十亿年前曾有一个湖。这本来是在曾有水的环境中沉淀的沙子和泥巴形成。

相反，他们发现地面是由两种类型的火成岩构成--一种是由地表的火山活动形成，另一种则来自地下深处的岩浆。

这些发现在已在于日前发表的四篇新科学论文中进行了描述。在《科学》上，一篇提供了“毅力号”在4月到达Jezero古河三角洲之前对环形山底部的调查概况。同一杂志上的第二篇研究则详细描述了似乎由厚厚的岩浆体形成的独特岩石。另外两篇发表在《科学进展》上的论文记录了“毅力号”的岩石蒸发激光和地面穿透雷达确定火成岩覆盖环形山底部的独特方式。

古老的岩石

火成岩是优秀的时间记录者。这是因为它们内部的晶体记录了关于它们形成的精确时刻的细节。

“我们收集的火成岩的一个巨大价值是，它们将告诉我们湖泊何时出现在Jezero。我们知道它在那里的时间比火成岩坑底岩石形成的时间还要短。这将解决一些重大问题。火星的气候何时有利于该星球表面的湖泊和河流以及何时转变为我们今天看到的非常寒冷和干燥的条件?”加州理工学院的Ken Farley说道，他是“毅力号”项目的科学家，也是新的《科学》论文中第一篇的第一作者。

然而因为形成方式，火成岩并不适合保存“毅力号”正在寻找的古代微观生命的潜在迹象。另一方面，确定沉积岩的年龄可能具有挑战性，特别是当它包含在岩石沉积物沉积前不同时期形成的岩石碎片时。不过沉积岩往往形成于适合生命存在的水环境中，更有利于保存古代的生命迹象。

这就是为什么“毅力号”自2022年4月以来一直在探索的沉积物丰富的河流三角洲对科学家来说是如此诱人。该探测器已经开始在那里钻探和收集沉积岩的核心样本以便火星样本返回活动有可能将它们送回地球，在那里其可以用强大的实验室设备进行研究，而这些设备太大，无法带到火星上。

由岩浆形成的神秘岩石

在《科学》发表的第二篇论文中，火星上一个长期存在的谜团被解开。火星轨道飞行器几年前发现了一个充满矿物橄榄石的岩层。这个岩层的面积约为27,000平方英里(70,000平方公里)--几乎相当于南卡罗来纳州的面积--从Jezero环形山的内侧边缘延伸到周围地区。

科学家们对橄榄石在如此大面积的表面上如此丰富的原因提出了各种理论。这些理论包括陨石撞击、火山喷发和沉积过程。另一种理论是，橄榄石在地下深处由缓慢冷却的岩浆--熔岩--形成，然后随着时间的推移被侵蚀而暴露出来。

NASA加州喷气推进实验室(JPL)的Yang Liu和她的合著者已经确定，最后一种解释是最有可能的。“毅力号”通过磨蚀一块岩石揭示了它的成分。科学家们在研究这个暴露出来的斑块时发现了橄榄石的大颗粒尺寸及岩石的化学和纹理。

通过利用“毅力号”的X射线岩石化学行星仪器(PIXL)，他们确定该地区的橄榄石颗粒尺寸为1至3毫米--这比在行星表面快速冷却的熔岩中形成的橄榄石所预期的大得多。

“这种大的晶体尺寸和它在特定岩石纹理中的均匀成分需要一个非常缓慢的冷却环境。因此，最有可能的是，Jezero的这种岩浆并没有在表面喷发，”Liu说道。

独特的科学工具

两篇《科学进展》论文中详细介绍了帮助确定火成岩覆盖环形山地面的科学仪器的发现。这些仪器包括“毅力号”的SuperCam激光器和一个名为RIMFAX(火星地下实验的雷达成像仪)的地面穿透雷达。

SuperCam配备了一个岩石蒸发激光器，它可以从20英尺(7米)以外的地方斩断像铅笔尖一样小的目标。它使用一个可见光光谱仪分析产生的蒸汽以确定岩石的化学成分。在“毅力号”在火星上的头10个月里，SuperCam拍摄了1450个点并帮助科学家们得出了关于环形山底火成岩的结论。

此外，SuperCam使用近红外光--它是火星上第一个具有这种能力的仪器--发现水改变了环形山底部岩石中的矿物质。然而根据激光和红外线的综合观察，这种改变并没有普遍存在于整个环形山底部。

普渡大学和洛斯阿拉莫斯国家实验室的SuperCam首席研究员Roger Wiens说道：“SuperCam的数据表明，要么这些岩层跟Jezero的湖水隔离，要么湖水存在的时间很有限。”

RIMFAX标志着另一个第一次。尽管火星轨道飞行器携带有地面穿透雷达，但在“毅力号”之前，没有任何航天器在火星表面进行过。由于在火星表面，RIMFAX可以提供无与伦比的细节并对环形山地面进行了调查，深度达50英尺(15米)。

它的高分辨率“雷达图”显示，岩层意外地在地下倾斜达15度。了解这些岩层是如何排序的可以帮助科学家建立Jezero环形山形成的时间线。

挪威奥斯陆大学RIMFAX的主要研究人员Svein-Erik Hamran说道：“作为第一个在火星表面运行的此类仪器，RIMFAX已经证明了地面穿透雷达作为地下勘探工具的潜在价值。”

科学小组对他们迄今为止的发现感到兴奋，不过他们对未来的科学工作更加兴奋。