臺北市立天文科學教育館

圖說：2005年精神號的全景相機 (Pancam)拍攝到古瑟夫隕石坑(Gusev crater)中富含橄欖石的岩層露頭。圖片來源：NASA/JPL/Cornell/ASU
 

近幾十年來，確認火星的形成和演化歷史，一直是火星軌道探測器和漫遊車的任務目標。

亞利桑那州立大學Steve Ruff的研究團隊，分析了幾個火星任務的數據，確認古瑟夫隕石坑和傑澤羅隕石坑(Jezero crater)中，富含橄欖石的岩層，可能是熔接凝灰岩(ignimbrite)，熔接凝灰岩一般來自於巨大的火山爆炸式噴發所形成。

此推論如果正確的，將有利於了解火星其他富含橄欖石岩層的區域，這表示火星早期，可能常有火山活動，此研究結果已經發表在《Icarus》期刊。

Ruff 說：「有很多關於尼利槽溝(Nili Fossae)地區(包含傑澤羅隕石坑)，大部分區域富含橄欖石岩層的起源之想法，此討論已經持續了將近20年的時間。」

富含橄欖石和碳酸鹽的岩層連結了 16 年前NASA精神號探索的古瑟夫隕石坑，以及2020年毅力號探索的尼利槽溝地區之傑澤羅隕石坑。這兩個地方的橄欖石是迄今為止在火星上發現最多的區域。以前沒有研究過此類富含橄欖石岩層的成分和形態上之相似性，現在看來，它們的形成方式相似。

橄欖石是一種常見的矽酸鹽類礦物，可能來自火星地函中產生的岩漿（同樣的過程也發生在地球上），所以火山作用是火星上富含橄欖石岩層是合理的解釋。先前的理論表示橄欖石可能由地函劇烈噴發出熔岩流所造成。

圖說：左圖是精神號的顯微照像儀的馬賽克照片，顯示了深色對角線排列特徵帶有火焰狀的形狀，火焰狀可能是扁平的浮石碎片，稱為火焰石(fiamme)，其中包括淺色晶體（白色長方形），類似右圖的地球熔接凝灰岩。暗角部分是來自精神號硬體的影子。兩個圖像中的白色比例尺代表 1公分。圖片來源：NASA/JPL/USGS and Scripps Institution of Oceanography

Ruff和研究團隊計畫檢驗一個主要假設：火山灰從火山煙流(volcanic plumes)慢慢地沉積。但是他們的觀察揭示了一段更加猛烈的歷史。

特別是，Ruff檢視了精神號顯微照像儀的馬賽克照片，並注意到具有不尋常岩理的岩石。Ruff查閱了線上圖書館裡面的地球岩石照片，發現一些火山岩的岩理與這些馬賽克照片中的岩理非常相似。

這種岩石稱為熔接凝灰岩，是地球上已知的巨大火山爆發產生的，當火山灰沉積時，溫度還很高，會熔融焊結在一起。岩石內可能含有火山碎屑物和浮石。熾熱的火山煙流和幾乎熔化的火山灰和浮石在地面上流過數十英里，並在短短幾天內沉積成數百英尺厚。熾熱的沉積物會在數月或數年內緩慢冷卻，這導致了冷縮節理(cooling joints)的裂痕。Ruff在火星上富含橄欖石的岩層發現了明顯相似的裂痕，增加了熔接凝灰岩起源的證據。

圖說：左圖為假色照片顯示火星Nili Fossae地區富含橄欖石的岩層與右圖地球上熔接凝灰岩（真彩色）的對比。右圖裂痕是冷縮節理，與左圖中的非常相似。圖片來源：HiRISE/Google Earth

在地球上，熔接凝灰岩在美國西部的黃石國家公園等地被發現。黃石公園大約在210萬年前開始從巨大的火山爆發形成，現在火山臼已經被填滿。
 
Ruff 說：「以前沒有人將火星上富含橄欖石岩層解釋為熔接凝灰岩，這可能是毅力號在過去一年中一直在採樣的岩石。」
 
火星擁有太陽系中最高的火山，熔岩流覆蓋了火星的大片區域，理所當然擁有火成岩，但是只有少數幾個地方暫時地被建議含有熔接凝灰岩。
 
根據該研究團隊的新發現，有可能在古瑟夫隕石坑和傑澤羅隕石坑中都有熔接凝灰岩。其他富含橄欖石岩層的地點也是熔接凝灰岩候選區域，而且它們似乎都在火星的早期形成，約在最初的十億年左右。
 
Ruff 說：「富含橄欖石的岩層對於地球上大多數的熔接凝灰岩來說是不尋常的，但在古老的岩層中存有這種成分。現在有了火星上富含橄欖石的熔接凝灰岩之有力證據，也許表明了發生在行星早期地質演化過程中，富含熔融橄欖石的岩漿，來自於爆炸式噴發之火山活動，這個論述可能要等到毅力號收集的岩石樣本，在未來的火星任務被送返地球才能得到驗證。（編譯／施欣嵐）
 
資料來源：phys.org