毅力號發現地下水、湖水與熱液先後浸透同一塊火星岩石

NASA 毅力號（Perseverance）火星車駛抵耶澤羅隕石坑內緣的岩石，原本被認為是一處古老湖岸。結果卻發現，這是至少經歷三次不同水體浸潤、溶解及再膠結的火山岩：先是富含碳的地下水，接著是隕石坑本身的湖水，最後則是穿過新生裂縫的高溫流體，並留下螢石與硫酸鈣礦脈。

這個順序之所以重要，是因為每一種水都是不同類型的棲地。地下水滲透富含橄欖石的岩石、靜止的湖水，以及溫暖的地下循環水，都是地球上微生物能夠繁盛的環境；而這片被稱為 Margin Unit 的岩帶，將三者全都記錄在同一地點。研究團隊如今將此地描述為水系交會處，而非單純的一段湖岸。

這種岩石的三份岩心樣本，已封存在火星車內的管筒中。目前沒有已獲經費支持的計畫，能將它們帶回地球。

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SuperCam 如何在最遠 6.5 公尺外分析 185 塊岩石

這項工作仰賴 SuperCam——安裝於毅力號桅杆上、離地約兩公尺的儀器。它可從最遠 6.5 公尺處向岩石發射雷射，將寬度僅數十分之一毫米的微小區域汽化，形成一束細小的電漿。電漿冷卻時發出的光可揭示岩石含有哪些元素；另一具光譜儀則藉由反射光辨識礦物。小型彩色相機會拍攝每個測點，讓地質學家得以觀察顆粒大小與質地。

毅力號在 Margin Unit 各處超過 185 個基岩目標上使用了這套雷射，沿著隕石坑壁爬升約 265 公尺。主要作者、普渡大學研究科學家坎迪斯・貝德福德（Candice Bedford）與同事，將結果歸類為不同的化學族群，並與岩石近距離觀察到的外觀進行比對。接著，他們將各族群出現的位置，對照隕石坑湖泊過往水位進行繪圖；這些水位是早期研究依據從軌道可見的階地所重建。

最後這一步揭開了整個故事。位於坡面高處、火星基準面下約 2,350 公尺以上的岩石，是一個緩慢冷卻、結晶質且富含橄欖石的岩體，幾乎沒有受水作用影響的跡象。往下到了湖泊第二道階地以下，同一種岩石則已發生變質、破裂並被各種物質充填。

同一塊岩石中的三種水，依序而來

第一種水來自地下。富含二氧化碳、呈中性至鹼性的地下水穿過基岩裂縫，並與一種綠色火山礦物橄欖石反應，在裂縫中沉積碳酸鹽。之後的侵蝕剝除了填充物周圍較為鬆軟的岩石，使這些填充物以脊狀構造留存下來。貝德福德表示：「這些裂縫就像管線，而碳酸鹽則是最終堵住『管線』的火星『水垢』。」

第二種水酸性更高，且可能較冷。它溶解了部分碳酸鹽，在岩石中打開細小孔隙，並以二氧化矽填滿。富含二氧化矽的岩石只出現在 Margin Unit 位於湖泊第二道岸線以下的部分，因此，夏威夷大學馬諾阿分校（University of Hawaiʻi at Mānoa）共同作者埃萊妮・拉瓦尼斯（Eleni Ravanis）及團隊，將此階段與湖泊本身，或長期與岩石反應的地下水連結起來。

第三種水則是高溫的。晚期流體沿著較年輕的裂縫流動，沉澱形成一道約 25 公分厚的硫酸鈣與螢石礦脈。螢石可作為微量礦物形成於寒冷的火星地下水中，但如此規模的礦脈，看起來更像地球上的熱液沉積物。作者指出，耶澤羅邊緣可能存在的火山構造，以及鄰近的 Syrtis Major 火山省，很可能是熱源所在。

為何碳酸鹽交會處的重要性不僅限於耶澤羅

耶澤羅是一座直徑 45 公里的隕石坑，昔日曾容納一座由河流供水的湖泊；毅力號被派往此處，是因為軌道探測器在其坑緣發現碳酸鹽。地球上，碳酸鹽與二氧化矽是最能保存古代生命化學與微觀痕跡的礦物之一。碳酸鹽湖岸的情境，正是讓這片隕石坑壁成為首要目標的原因。

貝德福德表示：「在我們抵達 Margin Unit 之前，主要假說認為這些碳酸鹽是由與耶澤羅隕石坑內湖泊的交互作用形成；但如今我們知道，這個地點成了一種水系交會處。」

這項發現的意義也延伸到隕石坑之外。耶澤羅位於火星上最大規模碳酸鹽露頭之一內部，那是一層橫跨更廣大 Nili Fossae 地區的富橄欖石岩層。隕石坑外的軌道光譜早已顯示出與 Margin Unit 類似的特徵，暗示當地也可能源於地下水或熱液作用。若同樣的故事適用於整個區域，那麼，地下水而非開放湖泊，可能解釋了從軌道觀測到的大量碳酸鹽。

天體生物學家還有另一個關注理由。在地球上，水與橄欖石反應時可釋放氫氣，這是一種某些微生物賴以生存的化學燃料。這些岩石顯示，這類水—岩化學作用曾在此地反覆發生。

這些岩石尚未能解答的問題

這一切都不是生命存在的證據。這項研究描繪的是礦物與化學特徵；並未報告 Margin Unit 發現有機分子或生物特徵。

這套方法有其限制。SuperCam 的雷射測量範圍僅為直徑不到一毫米的測點，而礦物比例是由這些化學特徵加上影像推斷得出，並非在實驗室中直接測量。第二種水的來源仍未釐清：作者寫道，沉積二氧化矽的流體「可能由耶澤羅古湖本身，或由經過長時間岩石接觸而演化的地下水」供應，而火星車資料無法區分兩者。第三階段背後的熱源同樣只是推論。位於隕石坑邊緣的火山構造是一個可能候選，而非已確認的火山噴口。

時間是最大的缺口。這個序列僅是相對順序：地下水最先，湖水或演化地下水其次，高溫流體最後。研究沒有為其中任何階段訂出絕對年代，因此無法判斷這些事件是相隔數千年，還是數億年。答案需要直接在實驗室中為岩心樣本定年。

樣本已封存，但仍留在火星

毅力號從 Margin Unit 地勢較低的區域鑽取兩份岩心，分別命名為 Pelican Point 與 Lefroy Bay，另在行進路線更遠處取得第三份岩心 Comet Geyser。這些樣本是為樣本返回任務採集，該任務原可將它們送往地球實驗室，以進行定年並搜尋微化石。

那項任務如今已沒有經費支持。美國國會在其於 2026 年 1 月簽署的 2026 財政年度撥款中，拒絕為 NASA 與 ESA 聯合進行的火星樣本返回計畫提供資金。中國的天問三號任務目標是在 2028 年發射，並於約 2031 年從不同地點帶回自己的火星樣本。

火星車於 2021 年 2 月在耶澤羅著陸，並自 2023 年 9 月起，花費約一年時間穿越 Margin Unit。發表於 2026 年 9 月 21 日《Communications Earth & Environment》的這項研究，便源自那段行程。貝德福德說：「如果我在與火星車合作的 10 年裡學到一件事，那就是火星總會不斷帶給你驚喜。」

關於耶澤羅隕石坑水文歷史的常見問題

毅力號在火星上發現水了嗎？

不是今日的液態水。它發現了只有在水與岩石反應時才會形成的礦物，顯示數十億年前，地下水、湖泊及後來的高溫流體，都曾穿過耶澤羅隕石坑內同一塊火山岩。

耶澤羅隕石坑的 Margin Unit 是什麼？

它是沿著耶澤羅坑緣內側分布的一帶富橄欖石岩石。軌道資料曾顯示，這裡可能是一段排列著碳酸鹽的古老湖岸。毅力號證明，它其實是至少三度遭水改造的火成岩。

為何火星上的碳酸鹽對尋找生命很重要？

在地球上，碳酸鹽與二氧化矽礦物能保存微生物的化學及微觀痕跡長達數十億年。兩者都很豐富的岩石，是尋找古代火星生命跡象的最佳地點之一。

毅力號的樣本有朝一日會回到地球嗎？

目前沒有獲得資助的任務可將它們取回。NASA 與 ESA 的樣本返回計畫在 2026 年失去經費，而這些岩心仍封存在火星車上。

參考資料：Bedford et al., “Lake- and groundwater-associated alteration of the olivine-rich Margin unit in Jezero crater, Mars,” Communications Earth & Environment, 2026. DOI: 10.1038/s43247-026-03997-9

標籤: nasa, Jezero Crater, Mars, Perseverance, 火星探測, 火星水

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