火星的紅色之謎：水與鐵的千年交響

當我們仰望夜空，火星那獨特的紅色總是引人注目。這片紅色早已被古人所記載，羅馬人因其血紅的外觀而將其命名為戰神，古埃及人則稱之為「her desher」，意為「紅色之星」。然而，這片紅色背後的故事，可能比我們想像的更加複雜。

在地球上，我們也能見到類似的紅色岩石與塵土，例如猶他州的峽谷地國家公園或亞利桑那州的大峽谷。美國地質調查局解釋道：「岩石中的鐵鏽色顆粒可能含有由鐵和氧組成的礦物質，稱為鐵氧化物。其中一種常見的鐵氧化物是赤鐵礦（Fe₂O₃），它在地殼中含量豐富。赤鐵礦不僅存在於岩石中，也廣泛用於製作磚塊的黏土中。當赤鐵礦中的鐵暴露於氧氣和水中時，便會生鏽。」

長期以來，科學家認為火星的紅色也是由類似的生鏽過程所造成。然而，隨著探測器近距離觀察火星表面，科學家們開始懷疑，火星的紅色岩石可能是透過一種更為乾燥的過程形成的。根據太空船的觀測，火星塵土中幾乎沒有水的存在，因此科學家推測，火星表面的鐵氧化物可能是赤鐵礦，經過數十億年與稀薄大氣的反應而形成。

然而，一項結合太空船觀測與實驗室研究的新研究，可能改變這一觀點。這項研究指出，火星的紅色可能來自於一種名為水合氧化鐵（ferrihydrite）的礦物質。這是一個重大的發現，因為水合氧化鐵在冷水的環境下會迅速形成，這意味著火星在過去可能擁有豐富的地表水。

研究團隊使用先進的研磨機，製造出顆粒大小約為人類頭髮百分之一的模擬火星塵土，並分析其光譜，以研究其成分。布朗大學的博士後研究員、主要作者Adomas Valantinas表示：「我們嘗試在實驗室中使用不同型別的鐵氧化物來模擬火星塵土。結果發現，水合氧化鐵與玄武岩（一種火山岩）的混合物，最符合太空船在火星上觀測到的礦物質。」

Valantinas進一步補充道：「根據我們的分析，我們認為水合氧化鐵普遍存在於火星塵土中，甚至可能也存在於岩石結構中。我們並非第一個提出水合氧化鐵是火星紅色的原因，但我們現在能夠透過觀測資料和新穎的實驗室方法來更好地驗證這一假設。」

研究團隊認為，這種形成機制與火星過去的環境模型相符，包括冰凍與解凍的交替、間歇性的乾旱期，以及地表冰層的融化。他們在研究中寫道：「這樣的環境條件可能出現在大約30億年前的赫斯珀利亞紀晚期。當時火星經歷了強烈的火山活動，可能與液態水或冰相互作用，形成了有利於水合氧化鐵生成的條件。然而，無定形物質（如鋁矽酸鹽和水合氧化鐵）的普遍存在，表明水活動的時間可能相當短暫，因為水合氧化鐵的形成需要快速的動力學過程。」

這項研究暗示，火星上的水合氧化鐵形成可能是一個地質上相當迅速的過程，與氣固或光化學風化等緩慢、持續的過程形成對比。這也意味著火星在過去可能擁有適合生命存在的條件，至少比我們目前所見的環境更為宜居。

歐洲太空總署的TGO和火星快車計畫科學家Colin Wilson表示：「我們期待即將到來的任務，如ESA的Rosalind Franklin探測器和NASA-ESA的火星樣本返回計畫，能夠幫助我們更深入地瞭解火星紅色的成因。NASA的毅力號探測器已經收集了一些塵土樣本，等待返回地球。一旦這些珍貴的樣本進入實驗室，我們將能夠精確測量其中水合氧化鐵的含量，這將有助於我們理解火星的水歷史，以及生命存在的可能性。」

這項研究已發表於《自然通訊》期刊，為火星的紅色之謎提供了新的見解。