2023年9月，当NASA的“毅力号”火星车抵达火星杰泽罗陨石坑内缘时，研究人员曾预期会在曾经的火星湖泊海岸线沿线遇到沉积岩。这类岩石是由物质长年累月堆积形成的。在地球上，由粘土和淤泥构成的沉积岩尤为珍贵，因为它们能够保存古代微生物生命的证据。
科学家对该区域感兴趣的另一个原因是，火星轨道飞行器在那里探测到了强烈的碳酸盐矿物特征。在地球上，碳酸盐通常形成于浅水湖泊和海洋中，包括能够支持生命生存的环境。
“毅力号”没有遇到预期的沉积物，而是遇到了火成岩。这类岩石可以在岩浆于地下冷却或火山物质在地表凝固时形成。由于火成岩内部的矿物能够保存其形成时环境条件的信息，因此它们可以提供异常详细的地质记录。
在边缘单元（Margin Unit），这些岩石揭示了一段出乎意料的复杂历史。证据表明，它们至少在三个不同的时期与水发生过相互作用，且每次事件都以不同方式改变了它们的化学成分和物理外观。这些发现发表在《通讯·地球与环境》（Communications Earth & Environment）杂志上。
超级相机揭示火星隐藏的水历史
大部分证据来自“超级相机”（SuperCam），这是一种安装在“毅力号”桅杆高处的仪器。“超级相机”可以通过分析地质特征反射的光来识别其矿物成分。
当任务科学家识别出有潜力的目标时，他们可以指示“超级相机”从最远21英尺（6.5米）外发射激光。激光会产生微小的等离子体爆发，而该等离子体的光谱能揭示岩石的化学成分。利用这项技术，“毅力号”已经研究了边缘单元内超过185个基岩目标。
“在我们抵达边缘单元之前，基于轨道观测得出的主要假设是，从轨道上看到的碳酸盐是由与杰泽罗陨石坑中曾存在的湖泊相互作用而形成的，”位于印第安纳州西拉法叶市普渡大学的研究科学家、该研究的主要作者坎迪斯·贝德福德（Candice Bedford）说。“但现在我们知道，这个位置成为了水系统的某种十字路口。边缘单元的发现非常重要，因为杰泽罗陨石坑位于火星上最大面积的碳酸盐露头之一内，因此我们在这里学到的东西远远超出了这个陨石坑。”
杰泽罗陨石坑下方的古代岩浆
“毅力号”在约870英尺（265米）的海拔范围内考察了边缘单元。在该区域的较高处，火星车遇到了富含橄榄石的粗粒结晶岩石。这些岩石几乎没有表现出被水蚀变的证据。
橄榄石含有镁和铁。研究人员得出结论，这个富含橄榄石的地层最初形成于火星表面深处的一大团岩浆中。岩浆冷却得足够缓慢，使得大型矿物颗粒得以发育。很久以后，侵蚀作用移除了其上方的物质，使岩石暴露在地表。
在边缘单元更下方靠近古湖床的地方，情况截然不同。在那里，橄榄石似乎受到了严重蚀变。其颗粒发生破裂，且二氧化硅填充在颗粒之间的空隙中。
对于寻找古代宜居性迹象的科学家来说，碳酸盐和二氧化硅尤为引人关注。在地球上，当水与橄榄石发生反应时，该过程可以产生某些微生物可用作能源的氢气。同样的反应也可以生成碳酸盐和二氧化硅，这些矿物能够保存过去微生物活动留下的痕迹。
与水的三次独立接触
研究人员能够重建水蚀变边缘单元的顺序，尽管他们目前还无法准确确定每次事件发生的具体时间。
已知的第一期事件涉及富含二氧化碳的地下水。当这种水在岩石中流动时，它与橄榄石发生反应，并在较低海拔处的裂缝内生成碳酸盐。随着时间的推移，侵蚀作用移除了一些较软的周围物质，使得较硬的、充满碳酸盐的裂缝作为山脊凸显出来。
第二期水活动可能与曾经填满杰泽罗陨石坑的古代湖泊有关。
“边缘单元的一些岩石也含有二氧化硅，”夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家、该研究的合著者埃莱尼·拉瓦尼斯（Eleni Ravanis）说。“将橄榄石转化为碳酸盐的过程会留下二氧化硅，而我们在位于水位线以下的岩石中看到了更多的二氧化硅。”
热水出现于后期
第三次也是更晚的一次事件似乎涉及在地下流动的热水。
在边缘单元东部的一个地点，“毅力号”发现了厚约10英寸（25厘米）的矿物脉。这些矿脉含有包括硫酸钙和萤石在内的矿物。
萤石的存在为形成它们的条件提供了重要线索。萤石通常在热水流经火山岩时形成，这表明杰泽罗陨石坑在早期与地下水和湖泊相互作用之后，还经历了一段后期的热水地下水活动期。
综合来看，这些观测表明边缘单元并非由单一的湖泊环境塑造。相反，它成为了几个不同水系统的交汇点，这些水系统在火星历史的不同阶段改变了相同的岩石。
“如果说我在与火星车合作的10年里学到了一件事，那就是火星总是会给你带来惊喜，”贝德福德说。“情况很少像我们根据轨道数据预期的那样。我希望这项工作能帮助重塑科学家对杰泽罗陨石坑乃至整个火星水历史的看法。最终，我希望它能帮助行星科学家重建早期火星不断变化的气候和宜居性。”