天文学家解释水如何使火星变成如今的红色星球

几个世纪以来，科学家们一直对火星为何呈现红色感到困惑。长期以来的理论认为，火星的铁锈色来自赤铁矿，这是一种在干燥条件下形成的富含铁的矿物。但新的研究表明，火星的红色可能源于其他物质：水铁矿，一种在潮湿环境中形成的氧化铁-氢氧化物矿物。

布朗大学和伯尔尼大学的研究人员在《自然通讯》上发表的一项研究表明，水铁矿（Fe5O8H·nH2O）是火星尘埃中主要的含铁矿物。他们的发现基于轨道观测、探测器数据和实验室实验，挑战了此前关于火星表面成分的认知。

“火星为何呈现红色，这个根本问题人们已经思考了数百年甚至数千年，”布朗大学博士后研究员阿多马斯·瓦兰蒂纳斯（Adomas Valantinas）说道。“根据我们的分析，我们认为火星尘埃中到处都有水铁矿，岩层中也可能有。”

水铁矿是铁与氧气和水发生反应而形成的。在地球上，它常见于火山岩和火山灰中。它在火星上的存在表明这颗行星曾经更加湿润，可能存在液态水。这与在更干燥的环境中形成的赤铁矿形成了鲜明对比。

为了验证他们的理论，研究人员在实验室中重现了火星的环境。他们将矿物研磨成微小的颗粒——大约是人类头发宽度的百分之一——与真正的火星尘埃大小相当。然后，他们研究了光线在这些颗粒上的反射情况。结果表明，水铁矿在火星目前干燥寒冷的气候下仍然保持稳定，但其结构仍然保留着火星有水时形成的迹象。

“我们从这项研究中了解到，证据表明水铁矿的形成，而要做到这一点，就必须存在氧气和水能够与铁发生反应的条件，”瓦兰蒂纳斯解释说。“那些条件与今天干燥寒冷的环境截然不同。”

为了确认水铁矿的存在，研究小组研究了美国宇航局（NASA）火星勘测轨道飞行器和欧空局（ESA）火星快车号及痕量气体轨道飞行器的数据。他们还使用了“好奇号”、“探路者号”和“机遇号”等火星探测器的光谱读数。综合所有这些来源，他们发现这种矿物在火星表面广泛分布。

这一发现挑战了先前火星在干燥条件下逐渐氧化的理论。相反，它表明古代火星在干燥之前经历了一个较为湿润的阶段。从过去富含水到如今干燥多尘的火星的转变，是理解火星气候历史——乃至其可能孕育生命的能力——的关键。

“这项研究为我们打开了一扇新的大门，”该研究的资深作者杰克·马斯塔德说。“它让我们有更好的机会运用矿物形成和条件的原理来追溯过去。”

虽然这些发现为水铁矿在火星红色尘埃中的作用提供了强有力的证据，但确切的证据还必须等到目前由美国宇航局“毅力号”火星探测器采集的火星样本带回地球。科学家们希望这些样本能够证实这一理论，并进一步揭示火星的环境历史。