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一块石头从火星表面被撞上太空,在宇宙里漂流,最后掉进地球的沙漠。听起来像科幻片的开场,但它真正惊人的地方不是旅程,而是年龄:科学家测出,这块编号为NWA 13441的火星陨石形成于大约12.73亿年前。它刚好落在火星岩石记录长期缺失的年代中间,补上了一段接近20亿年的空白。
为什么一块石头能让科学家如此兴奋?可以把火星的历史想成一本大部分页面都还埋在地下的书。轨道器能从高空看地形和矿物,火星车只能研究降落点附近,真正被带回地球、可以放进实验室仔细检测的火星岩石少之又少。在火星采样返回任务完成以前,落到地球上的火星陨石,就是人类手中少数可以直接“翻阅”的原始页面。
问题在于,我们过去拿到的页面很不连贯。同类型的火星火成岩,大多形成于不到6亿年前;另一批则老到大约24亿年前。中间漫长的时期几乎没有样本,就像一本人物传记只留下青年和晚年的章节,偏偏缺了最能解释变化的中年。NWA 13441的年龄正好位于这道缺口中,让研究人员第一次能够直接研究当时的火星内部。
石头当然不会自己标上出生日期。研究团队使用的是放射性同位素测年。某些不稳定元素会按照固定速度变成另一种元素,像从岩石凝固那一刻便开始走动的微型时钟。只要精确测量“母元素”和“子元素”的比例,就能倒推出岩石何时从熔融状态冷却、结晶。结合矿物和化学成分,团队还确认它属于来自火星的辉橄榄石质火成岩,而不是地球或其他天体的普通碎片。
年龄只是第一层惊喜。研究人员还检测了钕同位素。普通读者可以把同位素理解为同一种元素的不同“版本”:化学脾气差不多,重量却略有差别。不同岩浆来源会留下不同版本的比例,就像食物原料会在成品里留下独特配方。NWA 13441的钕同位素配方,接近太阳系早期尚未充分熔融、分层的原始物质,与许多已知火星陨石明显不同。
这可能意味着,火星深处一直保存着一小块非常古老的物质仓库。几十亿年来,它没有和周围地幔彻底搅匀,直到后来的一次火山活动把它熔化并送到地表附近。地球内部像一锅不断翻滚的浓汤,板块运动会让岩石下沉、熔化和重组;火星没有今天地球这样的全球板块循环,因此更可能把早期形成的“原始配方”封存很久。
不过,“可能存在古老物质仓库”仍是依据化学证据提出的解释,不是已经拍到的火星地下结构。这块陨石究竟从火星哪个位置被撞出,目前也不知道。一块石头只能代表它自己的来源区域,不能证明整个火星地幔都保持原始状态。就像从海边捡到一粒特殊沙子,能说明某处有特殊岩层,却不能据此画出整片大陆的地质图。
这项研究也展示了陨石与火星探测器如何互相补位。探测器像站在远处看完整地图,能告诉我们火山、峡谷和岩层分布在哪里;实验室分析则像把其中一页放到显微镜下,读出十亿分之一量级的元素差异。未来如果能把这块陨石的化学特征和火星表面某片熔岩区对应起来,科学家甚至可能逐步锁定它的故乡。
研究发表在《地球化学与宇宙化学学报》。目前最可靠的结论,是这块陨石的结晶年龄和特殊同位素组成;火星深部究竟有多少类似的古老区域,还需要更多样本确认。它没有一次性解开火星内部的秘密,却让一段原本完全空白的历史第一次有了实物证据:12亿年前,那个看似早已沉寂的星球,地下仍在制造新的岩石。
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