 這張火星全球地圖上的顏色代表含有不同大小隕石坑的區(qū)域。藉由識(shí)別約9000萬(wàn)個(gè)小型隕石坑，百萬(wàn)研究人員得以計(jì)算出火星不同區(qū)域的太陽(yáng)圖廷年代，發(fā)現(xiàn)有群隕石可能源自某個(gè)特定的中系最隕石坑。 PHOTOGRAPH BY LAGAIN ET AL. (2021),地球多年 NATURE COMMUNICATIONS （神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)美國(guó)國(guó)家地理（撰文：ROBIN GEORGE ANDREWS 編譯：邱彥綸）：奇特的火星隕石可追溯至太陽(yáng)中系最大的火山結(jié)構(gòu)，這些巖石很可能是火星火山在一百萬(wàn)多年前從圖廷隕石坑（Tooting Crater）中噴發(fā)出來(lái)的，科學(xué)家正借此拼湊出紅色星球的隕石隕石動(dòng)蕩歷史。 大約100萬(wàn)年前，可能坑中有顆小行星撞上了原本平靜的百萬(wàn)火星表面。撞擊射出大量碎片，太陽(yáng)圖廷其中部分巖石碎片劃破天空，中系最擺脫了火星重力，地球多年穿越黑暗的太空。 有些巖石最后來(lái)到了地球，并在穿過(guò)地球大氣層的過(guò)程中幸存，然后撞上地球表面──像是在2011年墜落在摩洛哥的一塊重達(dá)6.8公斤的碎片。現(xiàn)在，科學(xué)家將這些隕石命名為「耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石」（depleted shergottite），超過(guò)12塊的深圳包夜外圍外圍上門外圍女（微信199-7144-9724）一二線熱門城市上門真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá)太空巖石構(gòu)成了已知317顆火星隕石中耐人尋味的一部份──這是我們地球上唯一的火星物質(zhì)。 確認(rèn)這些隕石來(lái)自火星的哪個(gè)區(qū)域，是拼湊火星歷史的關(guān)鍵，同時(shí)也是一項(xiàng)重大的科學(xué)挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，藉由隕石坑計(jì)數(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)程式的幫助，有群研究耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)可能終于破解了這個(gè)懸案。他們得到的結(jié)論是，這些地質(zhì)噴發(fā)物來(lái)自火星塔爾西斯（Tharsis）火山高原上的一個(gè)火山口，而這片火山地形正是太陽(yáng)系中最龐大的。 這個(gè)位于火星的「火山巨獸」擁有數(shù)千座獨(dú)立的火山，面積是美國(guó)大陸的三倍，由數(shù)十億年來(lái)無(wú)數(shù)的巖漿注入和熔巖流層層累積形成。塔爾西斯山群的質(zhì)量非常巨大，在形成過(guò)程中讓火星傾斜了20度。 如果這些隕石確實(shí)就像他們發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上的分析所顯示的那樣來(lái)自塔爾西斯，那么科學(xué)家就能夠找到并利用它們幫助確認(rèn)，是什么樣的巨大力量建構(gòu)出足以傾斜火星的雄偉地形。 并未參與此項(xiàng)研究的格拉斯哥大學(xué)隕石專家盧克．戴利（Luke Daly）表示：「這真的可以改變我們對(duì)火星的理解。」 來(lái)自隕石的線索 大多數(shù)的火星隕石都屬于一種稱為輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石（shergottite）的類別，這種隕石以印度小鎮(zhèn)斯赫爾加蒂（Sherghati）命名，因?yàn)檫@里在1865有居民看到一顆隕石從天而降。輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石都是具有相似成分的火山巖，但其中一小部分稱為「耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石」的類型則具有奇特的化學(xué)特征。 在火星上，某些元素（如釹和鑭）不太會(huì)與地殼下方「膏狀」地函中的礦物質(zhì)結(jié)合。而耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石缺乏這些元素──因此才有「耗乏」之稱，這顯示它們來(lái)自火星的地函。 但這些巖石是如何接近地表，而能在撞擊中噴飛呢？在地球上，地函巖石可以透過(guò)兩種方式來(lái)到地表：當(dāng)兩個(gè)地殼板塊分開而讓地函得以上升時(shí)，或是稱為「地函柱」（mantle plume）的超熱地函物質(zhì)噴泉從深處升起時(shí)。火星似乎從未有過(guò)板塊構(gòu)造，因此地函柱的是最有可能的狀況。 科學(xué)家根據(jù)隕石中特定元素的放射性衰變，得知這些巖石都來(lái)自一個(gè)相對(duì)年輕的火山位置──也許是一堆熔巖流組成的沉積物。 如果這些飛過(guò)太空的火山巖都來(lái)自某一次撞擊，那這次撞擊一定非常強(qiáng)大，留下至少3.2公里或什至更大的隕石坑。這個(gè)隕石坑應(yīng)該有110萬(wàn)年左右的歷史，而隕石表面隨時(shí)間受到宇宙射線轟擊的改變，則揭露它們?cè)谧矒艉笤谔罩酗w行了多長(zhǎng)的時(shí)間。 然而，即便有了這些線索，要將這些火星巖石碎片追溯到它們的原始位置依舊極其困難。它們就像從整塊拼圖分離出來(lái)的一片片獨(dú)立拼圖：如果不知道它們最初的環(huán)境是什么樣子，幾乎不可能將它們放回火星的某個(gè)特定區(qū)域。 「身為一位地質(zhì)學(xué)家，我們會(huì)記錄許多有關(guān)巖石樣本采集地點(diǎn)的資訊，因?yàn)楸尘碍h(huán)境相當(dāng)重要。」在格拉斯哥大學(xué)研究火星隕石的博士生阿因．歐布萊恩（áine O'Brien） 說(shuō)，他沒有參與此項(xiàng)研究。 「對(duì)火星隕石來(lái)說(shuō)，因?yàn)槲覀儾恢浪瓉?lái)所在的環(huán)境狀況，因此必須對(duì)當(dāng)時(shí)的形成過(guò)程做出非常有根據(jù)的猜測(cè)。」 為了讓推測(cè)更于理有據(jù)，科學(xué)家使用了行星科學(xué)領(lǐng)域的一種新工具：機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）。 數(shù)百萬(wàn)個(gè)隕石坑之一 確定行星表面年齡的唯一方法，是采集實(shí)質(zhì)的樣本并研究其中的放射性化合物。但美國(guó)航太總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）的火星樣本返回計(jì)畫要到2030年代才能將一些原始的火星巖石帶回地球。在那之前，研究人員需要仰賴一種稱為隕石坑計(jì)數(shù)（crater counting）的技術(shù)來(lái)估計(jì)火星的表面年齡。 在地球上，強(qiáng)風(fēng)、流動(dòng)的水、噴發(fā)的熔巖和豐饒的生物會(huì)迅速抹去先前撞擊所產(chǎn)生的隕石坑。但在火星上則不然，這是個(gè)地質(zhì)活動(dòng)闕如、風(fēng)力微弱且缺少地表液態(tài)水的世界。在火星上，相當(dāng)大型的隕石坑能在數(shù)億年或什至數(shù)十億年內(nèi)都保持完好無(wú)損的狀態(tài)。假設(shè)撞擊頻率隨時(shí)間的變化是已知的，那么有更多隕石坑的火星表面會(huì)比隕石坑較少的表面更為古老。 科學(xué)家可以利用其他方法來(lái)推斷隕石坑的年齡。 「當(dāng)小行星撞擊表面時(shí)，會(huì)有一堆碎片彈飛出來(lái)。」這項(xiàng)新研究的主要作者──科廷大學(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家安東尼．拉加恩（Anthony Lagain）說(shuō)。掉回火星的碎片會(huì)再度撞擊地表，并在原本的主隕石坑周圍形成較小的次級(jí)隕石坑。即使是在火星上，這些次級(jí)隕石坑也會(huì)在數(shù)百萬(wàn)年內(nèi)被風(fēng)侵蝕，因此任何被次級(jí)隕石坑包圍的大隕石坑，一定都是在火星歷史的近期才形成的。 「為了更準(zhǔn)確地推估地表的年代，我們需要找到更小的隕石坑，」科廷大學(xué)的天文地質(zhì)學(xué)家、該研究的共同作者格雷琴．貝內(nèi)迪克斯 (Gretchen Benedix) 表示。小型撞擊比大型撞擊更為常見，因此科學(xué)家可以利用兩個(gè)表面區(qū)域內(nèi)小型隕石坑數(shù)量的細(xì)微差異，來(lái)計(jì)算出更詳細(xì)的時(shí)間軸。 為了確定某個(gè)隕石坑的年齡是否恰好是110萬(wàn)年，研究團(tuán)隊(duì)必須對(duì)火星的小型隕石坑進(jìn)行編目，并用它們來(lái)精確推斷火星表面的形成年代。如果完全以人工進(jìn)行，那會(huì)是相當(dāng)痛苦的工作。因此他們將火星的軌道影像輸入機(jī)器學(xué)習(xí)程式，并訓(xùn)練它尋找直徑不到1公里寬的隕石坑。 科廷大學(xué)的數(shù)據(jù)科學(xué)家、該研究的共同作者哥斯達(dá)．塞維斯（Kosta Servis） 說(shuō)，程式很快就發(fā)現(xiàn)了大約9000萬(wàn)個(gè)隕石坑。有了隕石坑的時(shí)間線后，研究團(tuán)隊(duì)便能縮小耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石的可能起源范圍。 巨型火山的碎片 在篩選數(shù)據(jù)后，研究團(tuán)隊(duì)在火星的火山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了19個(gè)大型隕石坑。這些隕石坑周圍散布著多個(gè)次級(jí)隕石坑──顯示這些行星傷痕可能與他們所尋找的110萬(wàn)年隕石坑同樣古老。之后，研究人員利用9000萬(wàn)個(gè)小型隕石坑的目錄，得以精確地推測(cè)從大隕行石坑輻射出來(lái)的碎片層年代，從而更準(zhǔn)確地估計(jì)它們的年代。 有些隕石坑的年齡符合預(yù)期，但這樣還不夠。周圍地形的形成年代也必須與隕石中發(fā)現(xiàn)的礦物年齡相符才行。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)再次使用他們的隕石坑目錄確定火山平原的年代。 在這19個(gè)隕石坑中，只有兩個(gè)是從110萬(wàn)年前撞擊事件產(chǎn)生的年輕火山沉積物中挖掘出來(lái)的：09-00015隕石坑和圖廷隕石坑。后者（以倫敦的一個(gè)地區(qū)命名）看起來(lái)是由強(qiáng)大的斜向撞擊所形成──這種撞擊會(huì)將大量的火星隕石送進(jìn)太空。 「圖廷隕石坑有種特殊的多層噴射物沉積，這顯示撞擊發(fā)生時(shí)周圍有冰或水存在。」倫敦自然歷史博物館（Natural History Museum）的行星科學(xué)家彼得．格林德羅德（Peter Grindrod）說(shuō)，他并未參與此項(xiàng)研究。撞擊模擬顯示，冰和水可以產(chǎn)生更多的碎片，如果動(dòng)量足夠，就會(huì)有大量碎片逃逸到太空之中。 有了這些證據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)確定30公里寬的圖廷隕石坑就是耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石的主要起源地。 「這是個(gè)相當(dāng)完善的論證，」戴利說(shuō)：「一切似乎都很吻合。」 科學(xué)家還沒有完全排除 09-00015 隕石坑的可能性，但重要的是這兩個(gè)隕石坑「都位于塔爾西斯地區(qū)，那里有個(gè)巨大的熱點(diǎn)，或者說(shuō)是超級(jí)地函柱，長(zhǎng)久以來(lái)一直被認(rèn)為是造成火星表面巨大隆起的原因。」格林德羅德說(shuō)。不管隕石來(lái)自哪個(gè)特定的隕石坑，它們都可以告訴我們火星上最大火山區(qū)的歷史。 先前的隕石坑計(jì)數(shù)顯示，塔爾西斯地區(qū)的部分特征是在37億年前形成的，但較年輕的耗乏輝麥長(zhǎng)無(wú)球粒隕石只有數(shù)億年的歷史。這表示塔爾西斯的超級(jí)地函柱幾乎與火星本身一樣古老，而且在火星其他許多火山中心消亡后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，它仍持續(xù)產(chǎn)生巖漿。 就像地球的地函柱一樣，火星的地函柱幫助塑造了火星表面的演化，在大幅度改變火星地形的同時(shí)，也噴發(fā)出大量改變大氣的氣體。塔爾西斯超級(jí)地函柱可能對(duì)這顆紅色星球的發(fā)展，產(chǎn)生近乎持續(xù)性的影響。 火星頻繁噴發(fā)的日子早已過(guò)去，但塔爾西斯火山的持續(xù)活動(dòng)支持了這樣的觀點(diǎn)：即使是那些原本應(yīng)該在數(shù)十億年前就失去內(nèi)部熱量的小型行星，也可以長(zhǎng)期保持火山活動(dòng)，時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的最初的估計(jì)。 解謎其他行星隕石坑 拉加恩的團(tuán)隊(duì)受到這個(gè)發(fā)現(xiàn)的鼓舞，希望能夠進(jìn)一步確認(rèn)其他火星隕石的來(lái)源──包括一些最古老的隕石，這可能會(huì)揭露更多有關(guān)火星曾有大量液態(tài)水的歷史。 但這項(xiàng)研究的意義和未來(lái)可能的成功，都取決于機(jī)器學(xué)習(xí)程式是否能夠正確計(jì)數(shù)隕石坑數(shù)量。隕石坑的統(tǒng)計(jì)非常困難，例如：撞擊頻率隨時(shí)間的變化是估計(jì)出來(lái)的，火星上類似隕石坑的小型圓形結(jié)構(gòu)可能會(huì)騙過(guò)電腦程式。 約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（Applied Physics Laboratory）的行星火山學(xué)家勞倫．喬茲維亞克（Lauren Jozwiak）表示，機(jī)器學(xué)習(xí)「是試圖解決這個(gè)問(wèn)題非常有創(chuàng)意的方法 」，她并未參與此項(xiàng)研究。 「噢，我希望這個(gè)方法能夠成功，因?yàn)槿绻晒α耍湍馨堰@個(gè)方法應(yīng)用到其他行星上，那就太酷了！」 這項(xiàng)研究的作者對(duì)此表示贊同。 「火星很酷，」貝內(nèi)迪克斯說(shuō)：「但這種演算法和方法不僅適用于火星，它還要上月球、到水星。」 如果機(jī)器學(xué)習(xí)真的解決了由來(lái)已久的隕石之謎，那它將為各種想不到的可能性敞開大門。 「可以說(shuō)，我們才剛開始看到機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)行星科學(xué)的影響。」格林德羅德表示。 |