一项新的研究发现，爆炸的火山爆发向天空喷射出炽热的火山灰、岩石和气体，可能是神秘的火星岩石形成的来源。这项研究的作者说，新的发现可能会增加科学家对火星内部及其过去可能存在的可居住性的理解。Medusae Fossae组是火星赤道附近一块巨大而不寻常的软岩矿床，有起伏的山丘和陡峭的台地。科学家们在上世纪60年代首次观测到美国宇航局的“水手号”(Mariner)飞船上的水母(Medusae Fossae)，但对它是如何形成的感到困惑。现在新的研究表明，这个红色星球的形成是30多亿年前火山爆发时沉积下来的。
一个直径为13公里(8英里)的火山口，由美杜莎·福萨(Medusae Fossae)形成。图片：High Resolution Stereo Camera/European Space Agency.
该研究报告的作者称，该岩层的体积约为美国大陆的五分之一，比地球上最大的爆炸火山矿床还要大100倍，是太阳系中已知的最大的爆炸火山矿床。火星的形成标志着火星历史上的一个转折点，火山爆发可能将大量改变气候的气体喷入火星大气层，并将足够的水喷射到超过9厘米(4英寸)厚的全球海洋中，覆盖火星。在喷发过程中，大量的温室气体被释放出来，这些气体可能会使火星表面变暖，使水在其表面保持液态，但是有毒的火山气体，如硫化氢和二氧化硫，会改变火星表面和大气的化学性质。这两个过程都会影响火星的可居住性。
确定岩石的来源
Medusae Fossae组由横跨火星赤道的山丘和成堆的沉积岩组成。随着时间的推移，当岩石尘埃和碎片在行星表面和水泥上堆积时，沉积岩就形成了。几十年来，科学家们已经知道了水母的存在，但不确定是风、水、冰还是火山爆发在那里沉积了岩石碎片。以前对火星表面的雷达测量显示，火星表面有一种不寻常的成分，但科学家们无法确定它是由多孔的岩石还是岩石和冰的混合物构成的。在这项新的研究中，Ojha和他的同事利用各种火星轨道飞行器上的重力数据首次测量了Medusae Fossae的密度。他们发现这块岩石的渗透性非常强:它的密度大约是其他火星地壳的三分之二。
火星的全球地理地图，上面有红色圈出的火星人的位置。图片：MazzyBor, CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons
还结合了雷达和引力数据，证明水母的密度不能用冰的存在来解释，因为冰的密度比岩石要小得多。研究人员说，由于岩石的多孔性，它必须是由火山爆发形成的。火山喷发的部分原因是二氧化碳和溶解在岩浆中的水蒸气等气体迫使熔融的岩石上升到地表。含有大量气体的岩浆向天空喷发，将火山灰和岩石喷射到大气中。这些爆炸产生的火山灰垂直落在地上，向下奔流。过了足够长的时间，火山灰凝结成岩石，Ojha怀疑这就是形成Medusae Fossae的原因。火山喷发时沉积下来的软岩有一半已经被侵蚀掉了，留下了今天在Medusae Fossae所见到的山丘和山谷。
了解火星的内部
根据Ojha的说法，新的发现表明火星内部比科学家最初认为的要复杂。科学家们知道，火星的地壳中有一些水和二氧化碳，可以让火山爆发在火星表面发生，但是火星的内部需要大量的挥发性气体，这些气体在低温条件下会变成气体，才能形成如此规模的矿床。如果你将Medusae Fossae分发到全球，它将会形成9.7米(32英尺)厚的一层。考虑到这个矿床的巨大规模，它真的令人难以置信，因为它意味着岩浆不仅含有丰富的挥发性物质，而且在很长一段时间内都必须富含挥发性物质。这项新研究显示了重力测量在解释火星岩石记录方面的承诺，未来引力研究将有助于区分地球上地壳的冰、沉积物和火成岩。
博科园-科学科普｜文：美国地球物理联盟
