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火星成分

火星成分（composition of Mars）涵蓋了描述火星構成的火星地質學分支。

火星「霍塔岩」露頭—好奇號漫遊車觀察的一條古河床[1][2][3] (2012年9月12日，白平衡) (原始 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）、特寫 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）、立體)，富鐵化合物使火星土壤呈現出明亮的棕紅色。

組成元素

 
元素豐度可通過軌道航天器遠程測定。該地圖顯示了表面硅元素的濃度（以重量百分比計），數據來自火星奧德賽號探測器上的伽馬射線光譜儀（GRS）組件，許多其他元素也有類似測繪圖。

火星是一顆結構分異的類地行星，意味着它有一顆由金屬鐵和鎳構成的中心內核，周圍被一層密度較小的硅酸鹽地幔和地殼所包裹[4]。像地球一樣，火星似乎有一顆熔融的鐵核，或至少有一顆熔融的外核[5]，但地幔中似乎沒有對流，目前火星幾乎沒有地質活動。

火星的元素成分在幾個重要方面都與地球不同，首先，對火星隕石的分析表明，火星地幔中的鐵含量大約是地球的兩倍[6][7]，該行星獨特的紅色就緣於它表面的氧化鐵；第二，其內核硫含量較高[8]；第三，火星地幔的鉀和磷含量比地球高；第四，火星地殼中硫、氯等揮發性元素含量也高於地球，其中許多結論都得到了火星表面岩石和土壤原位分析的支持[9]。

目前對火星元素成分的了解大多來自軌道航天器和着陸器（詳見火星探測列表），這些航天器大部分攜帶了光譜儀和其他儀器，通過軌道遙感或表面原位分析來測量火星表面成分。在地球上也發現了許多隕石形式的實際火星樣本，火星隕石（通常簡稱為「SNC」—輝玻無粒隕石（Shergottites）、輝橄無粒隕石（Nakhlites）和純橄無球隕石（Chassignites）[10]，已證明最初起源於火星的隕石群）提供了火星地殼和內部化學成分的數據，除非通過實地採樣返回任務，否則無法獲得這些數據。

 
火星上容量最豐富的氣體（2012年10月好奇號火星車測量）。

依據這些數據來源，科學家認為火星地殼中最豐富的化學元素是硅、氧、鐵、鎂、鋁、鈣和鉀，這些元素是構成火成岩礦物的主要成分[11]。而鈦、鉻、錳、硫、磷、鈉和氯等元素含量較少[12][13]，但仍是岩石中許多副礦物[14]以及塵埃和土壤（表岩屑）中次生礦物（風化產物）的重要組成部分。2017年9月5日，科學家報告說，好奇號探測車在火星上探測到硼，硼是地球生命的基本成分。這一發現和之前有關古代火星上可能存在水的發現，進一步支持了火星蓋爾撞擊坑早期可能的宜居性[15][16]。

氫以水（H2O）冰和水合礦物的形式存在；碳在大氣中以二氧化碳（CO2）的形式出現，有時以乾冰存在於兩極，還有數量未知的碳被儲存在碳酸鹽岩中；分子氮（N2）只占大氣的2.7%。據目前所知，除了在大氣層中檢測到微量甲烷外[17][18]，火星上尚不存在有機化合物[19]。2014年12月16日，美國宇航局報告說，好奇號探測車在火星大氣層中探測到「十倍峰值」的甲烷含量，可能只是局部現象。「20個月內進行了十幾次」樣本測量的結果顯示，2013年末和2014年初甲烷含量有所增加，平均「大氣中甲烷含量為十億分之七」，在此前後，平均讀數約只為該水平的十分之一[20][21]。

礦物和岩石

 
火星揮發性氣體（2012年10月好奇號火星車測量數據）。

火星基本上是一顆火成岩行星，地表和地殼中的岩石主要由岩漿結晶的礦物構成。目前對火星大部分礦物成分的了解均來自軌道航天器光譜數據、六處着陸點岩石和土壤的原位分析以及對火星隕石的研究[22]。目前在軌的光譜儀包括火星奧德賽號的熱輻射成像系統、火星快車號的光學與紅外礦物光譜儀和火星勘測軌道飛行器上的緊湊型火星偵察成像光譜儀。而兩輛火星探測車則分別攜帶了識別火星表面礦物的阿爾法粒子X射線光譜儀（APXS）、小型熱輻射光譜儀（Mini-TES）和穆斯堡爾光譜儀。 2012年10月17日，位於火星「石巢」的好奇號火星車首次對火星土壤進行了X射線衍射分析。火星車上的化學與礦物分析儀結果揭示了包括長石、輝石和橄欖石等在內的數種礦物，並表明樣本中的火星土壤與夏威夷火山的「風化玄武岩土壤」相似[23]。

原生岩和礦物

火星上的著名岩石
 
 
 
 
 
 
 
 
阿迪朗達克
(勇氣號)
藤壺比爾
(旅居者號)
巴瑟斯特港
(好奇號)
大喬
(海盜號)
布洛克島
(機遇號)隕石
彈跳岩
(機遇號)
加冕岩
(好奇號)
酋長石
(機遇號)
 
  
 
 
    
 
 
埃斯佩蘭斯岩
(機遇號)
古爾本岩
(好奇號)
熱盾岩
(機遇號)隕石
本壘石
(勇氣號)
霍塔岩
(好奇號)
傑克·馬蒂耶維奇
(好奇號)
最後機會
(機遇號)
林克岩
(好奇號)
 
 
 
 
 
 
 
 
麥基諾島
(機遇號)隕石
咪咪岩
(勇氣號)
紅島
(機遇號)隕石
金壺岩
(勇氣號)
石巢3號
(好奇號)
謝爾特島
(機遇號)隕石
廷蒂納
(好奇號)
瑜伽石
(旅居者號)
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火星上的幽暗區域以橄欖石、輝石和斜長石等鐵鎂質成岩礦物為特徵。這些礦物是玄武岩的主要成分，玄武岩是一種黑色火山岩，也構成了地球上的洋殼和月球的月海。

 
水手谷橄欖石玄武岩的熱輻射成像系統偽色圖，富含橄欖石的岩層呈深綠色。 
 
「好奇號」火星車首幅化學相機化學元素激光光譜（「加冕」岩，2012年8月19日）。

橄欖石礦物遍布於火星各處，但其中一些最大的集中在尼利槽溝，一處含有諾亞紀年代岩石的地區；另一處富含大型橄欖石露頭的地區位於水手谷東側的恆河峽谷[24]。橄欖石在液體水存在的情況下會迅速風化為粘土礦物，因此，大量分布有含橄欖石的岩石露頭區表明，自岩石形成以來，該地區液態水並不豐富[10]。

輝石礦物也廣泛分布於地表。低鈣（正）輝石和高鈣（斜）輝石均存在，高鈣品種與較年輕的火山盾有關，低鈣品種（頑火輝石）則在古老的高地地形中更為常見。由於頑火輝石的熔化溫度高於其高鈣同類，一些研究人員認為，它在高地的存在表明火星上較古老的岩漿溫度高於較年輕的岩漿[25]。

1997年至2006年間，火星全球探勘者號航天器上的熱輻射光譜儀繪製了該行星的全球礦物成分圖[26]。熱輻射光譜儀確認了火星上兩種全球範圍的火山單元。地表類型一（ST1）為諾亞紀高原的特徵，由未經改變的富含斜長石和單斜輝石的玄武岩組成；地表類型二（ST2）常見於火星分界以北的年輕平原，比前者富含二氧化硅。

 
首張火星土壤的X射線衍射圖—化學和礦物分析儀揭示出長石、輝石、橄欖石等（好奇號火星車在「石巢」，2012年10月17日）[23]。

地表類型二的熔岩被解釋為安山岩或玄武安山岩，表明北部平原的熔岩起源於化學演化程度更高、揮發性更強的岩漿（參見火成岩分異和分離結晶）[27]。然而，其他研究人員認為地表類型二代表風化玄武岩，帶有硅玻璃或其他次生礦物薄層，這些薄層是通過與含水或含冰材料相互作用所形成[28]。

 
「黃刀灣」岩石的成分-岩石礦脈中的鈣和硫含量高於「搬運」土壤-2013年3月好奇號探測車阿爾法粒子X射線光譜儀測量結果。

火星上存在真正的中性岩和長英質岩，但暴露在外的並不常見。火星奧德賽號探測器上的熱輻射光譜儀（TES）和熱輻射成像系統都在大瑟提斯區和安東尼亞第撞擊坑西南坑壁附近發現了高硅質岩石。這些岩石的光譜類似於富含石英的英安岩和花崗岩，表明至少火星地殼的某些部分可能有類似地球的多種火成岩[29]，一些地質物理證據表明，火星大部分地殼實際上可能是由玄武安山岩或安山岩構成。安山岩地殼被上覆的玄武質熔岩掩蓋，玄武質熔岩雖然影響着地表成分，但體量較小[4]。

勇氣號探測車在古瑟夫撞擊坑研究的岩石可用不同的方式進行分類，礦物的數量和類型使這種岩石成為原始玄武岩，也稱苦橄玄武岩。這些岩石類似於被稱為玄武質科馬提岩的古陸相岩石。該平原上的岩石也類似於玄武質休格地隕石，即來自火星的隕石。在一種通過圖表比較鹼元素和二氧化硅數量的分類系統中，古瑟夫平原的岩石位於玄武岩、苦橄玄武岩和鹼性玄武岩三者交界處，歐文·巴拉格分類法稱它們為玄武岩[30]。

 
2013年2月14日好奇號漫遊車看到的「羊床」泥岩（左下）及周邊環境。

2013年3月18日，美國宇航局報告了來自好奇號探測車儀器提供的礦物水合作用證據：在多個岩石樣本中，包括「廷蒂納岩石」、破裂的「薩頓內露岩」塊以及「克諾爾」和「韋內克」等其他岩石的礦脈和結核中發現了可能的水合硫酸鈣 [31][32][33]。在火星車從布雷德伯里着陸場到格萊內爾格黃刀灣區的穿越過程中[31]，使用火星車動態中子返照率設備進行的分析表明，該地區地下含水量高達4%，深度達60厘米（2.0英尺）。

 
隨着時間推移，火星上風沙導致的崖坡後退（黃刀灣，2013年12月9日）。

2013年9月的《科學》雜誌上，研究人員描述了一種稱為「傑克·馬」或「傑克·馬蒂耶維奇」的不同類型岩石，這是好奇號探測車上阿爾法粒子X射線光譜儀分析的首塊岩石，因其鹼性（>15%標準霞石）並相對分餾，而不同於其他已知的火星火成岩。傑克·馬蒂耶維奇岩石與地球上一種通常在海島和陸地裂谷中發現的橄欖粗安岩相似。它的發現可能意味着鹼性岩漿在火星上可能比地球上更常見，好奇號可能會遇到更多分餾的鹼性岩石（例如響岩和粗面岩）[34]。

 
在「約翰·克萊因」泥岩上鑽出的探孔（1.6厘米或0.63英寸）。
 
「坎伯蘭」泥岩光譜分析（SAM）。
 
泥岩的粘土礦物結構。
2013年5月，好奇號探測車在火星黃刀灣附近檢測的泥岩。

2013年12月9日，美國宇航局研究人員在《科學》雜誌上發表了六篇系列文章，描述了好奇號火星車的諸多新發現。其中發現了無法用污染來解釋的可能有機物[35][36]，雖然有機碳可能來自火星，可用降落在火星上的塵埃和隕石來解釋[37][38][39]。但由於在好奇號火星樣本分析設備中，大部分的碳是在相對較低的溫度下釋放的，因而，它們可能不是來自樣本中的碳酸鹽，碳可能來自生物體，但這一點尚未得到證實。這些含有機物的材料是火星車在黃刀灣區用衝擊鑽鑽入一塊叫「「羊床泥岩」」的岩石中5厘米獲得的。這些樣本分別被命名為「約翰·克萊因」和「坎伯蘭」。微生物可通過一種叫做「礦質化能營養」的過程， 從礦物質間的化學不平衡中獲取能量，從而在火星上生存。礦質化能營養的意思是「吃岩石」[40]。然而，在這一過程中，只涉及極少量的碳，比在黃刀灣發現的碳要少得多[41][42]。

利用火星樣本分析設備的質譜儀，科學家們測量了宇宙射線穿過岩石時產生的氦、氖和氬同位素。他們發現這些同位素越少，岩石暴露在地表的時間就越近。好奇號鑽探的40億年前的湖底岩石，是在3000萬至1.1億年前被風颳去2米厚的覆蓋岩層後裸露出的。下一步，他們希望通過在突出的露頭附近鑽探，找到一處比它年輕數千萬年的地點[43]。

在當前太陽極大期期間的300多天觀察中，測量了火星表面所吸收的銀河系宇宙射線及太陽高能粒子劑量和劑量當量。這些測量對於人類登陸火星、探測所有現存或過去可能的微生物生命存活時間以及確定潛在有機生命印跡能保存多久等都非常必要。這項研究估計，需要鑽探數米深才能接觸到可能的生物分子[44]。輻射評估探測器（RAD）測量的地表實際吸收劑量為76兆戈瑞/年。根據這些測量結果，對於單程180天的火星往返任務，以及當前太陽周期在火星表面500天的往返任務，宇航員將暴露在約1.01西弗以上的總任務劑量當量下。暴露於1西弗輻射劑量下罹患致命癌症的風險將會增加5%。美國宇航局當前對在近地軌道上工作的宇航員飛行時長風險限制在3%的水平[45]。大約3米厚的火星土壤就可最大限度地屏蔽銀河宇宙射線[44]。

被檢測的樣本可能曾經是泥漿，數百萬至數千萬年來可能宿住過活生物體。這種潮濕環境具有中性pH值、低鹽度以及不同氧化還原態的鐵和硫等礦物[37][46][47][48]，這些類型的鐵和硫應可被活生物體所利用[49]。碳、氫、氧、硫、氮和磷等關鍵生物成因元素被直接測量到，通過推斷，認為也存在磷[40][42]。約翰·克萊因和坎伯蘭兩份樣本均含有玄武岩礦物、硫酸鈣、氧化鐵/氫氧化鐵、硫化鐵、非晶體和三八面體蒙脫石（一種粘土礦物），泥岩中的玄武岩礦物與附近風成沉積物中的礦物相似。但泥岩中的鐵-鎂橄欖石和磁鐵礦含量則要少得多。因此，鐵-鎂橄欖石（橄欖石類型）可能已蝕變為蒙脫石（粘土類型）和磁鐵礦[50]。晚諾亞紀/早赫斯珀里亞紀或更年輕的年代表明，火星上粘土礦物的形成超出了諾亞紀。因此，在該位置，中性pH值持續的時間比以前想象的要更長[46]。

塵埃和土壤

主條目：火星土壤
 
 
2012年10月7日，好奇號漫遊車首次使用挖斗在「石巢」篩選一堆沙子。
 
2012年12月3日，好奇號、機遇號和勇氣號探測車採集的火星土壤樣本對比分析圖[51][52]。

火星大部分表面都被一層像滑石粉般細膩的塵埃深深地覆蓋着，瀰漫於全球的塵埃掩蓋了下面的基岩，使得火星許多區域無法從軌道上通過光譜識別原生礦物。塵埃紅/橙色的外觀是由氧化鐵（III）（納米相三氧化二鐵）和氫氧化鐵礦物針鐵礦所造成[53]。

火星探測車發現磁鐵礦是使塵埃帶有磁性的礦物，它可能還含有部分鈦[54]。

全球覆蓋的塵埃和其他風成沉積層使得火星表面的土壤成分非常均勻。1976年海盜號登陸器對土壤樣本的分析表明，火星土壤是由碎粒玄武岩碎屑構成，富含可能來自火山氣體釋放出的硫和氯[55]。

次生（蝕變）礦物

火星上也存在原生玄武岩礦物通過熱液蝕變和風化作用產生的礦物，這些次生礦物包括赤鐵礦、頁硅酸鹽（粘土礦物）、針鐵礦、黃鉀鐵礬、硫酸亞鐵礦物、蛋白石和石膏等，許多次生礦物需要液態水才能形成（含水礦物）。

蛋白石和硫酸鐵礦物形成於酸性（低pH）溶液中，在包括朱芬塔峽谷、伊烏斯峽谷、米拉斯峽谷、坎多爾峽谷和恆河峽谷附近等許多地方都發現了硫酸鹽。這些地點都包含河流地貌，表明曾經存在過豐富的水[56]，而勇氣號火星車也在哥倫比亞丘陵發現了硫酸鹽和針鐵礦[57][58]。

檢測到的某些礦物類別可能是在適合生命的環境中（即有足夠的液態水和合適的pH值）形成的。蒙脫石（一種頁硅酸鹽）是在接近中性的水域中形成的，頁硅酸鹽和碳酸鹽都有利於保存有機物，因此它們可能含有過去生命的證據[59][60]。硫酸鹽沉積物可保存化學和形態化石，以及形成於赤鐵礦等氧化鐵中的微生物化石[61]；蛋白石的存在指示了一種可維持生命的熱液環境，且二氧化硅也非常適合保存微生物遺蹟[62]。

沉積岩

 
維多利亞撞擊坑內具有交錯層理的砂岩。
 
惠更斯隕擊坑圓圈處指示發現了碳酸鹽的地方。該沉積物可能代表火星表面擁有大量液態水的時代，比例尺長250公里（160英里）。

火星上廣泛分布着層狀堆積的沉積物，這些沉積物可能由沉積岩和硬度較差或未固結沉積物組成。在水手谷內幾處峽谷中以及阿拉伯高地和子午線高原的大型隕石坑內（如見亨利撞擊坑），分布着較厚的沉積堆積層，可能還包括北部低地中的大部分沉積物（如北方大平原地層）。「機遇號」火星探測車就降落在一處含有交錯層（主要是風成）砂岩的區域（伯恩斯地層[63]），埃伯斯瓦爾德撞擊坑和其他地方也存在河流三角洲沉積。地質攝影證據表明，南部高地的許多隕石坑以及隕坑間的低洼地帶含有諾亞紀年代的湖泊沉積物。

雖然天體生物學家和地球化學家對火星上可能存在碳酸鹽非常關注，但幾乎沒有證據表明火星表面存在大量碳酸鹽沉積物。2008年夏，鳳凰號火星着陸器上的熱釋氣分析儀（TEGA）和濕化學實驗室（WCL）測試發現了3-5%（重量百分比）的方解石 (CaCO3) 和鹼性土[64]。2010年，勇氣號火星探測車的分析也確認了古瑟夫撞擊坑內哥倫比亞丘陵的露頭富含碳酸鎂鐵（16-34 wt%）。碳酸鎂鐵很可能是在與諾亞紀火山活動有關的中性pH值水熱條件下，從含碳酸鹽溶液中沉澱出來的[65]。

火星勘測軌道飛行器上的緊湊型火星偵察成像光譜儀在雅庇吉亞區惠更斯隕擊坑邊緣的隕坑中發現了碳酸鹽（碳酸鈣或碳酸鐵），發生在坑壁上的撞擊暴露了惠更斯隕擊坑形成時撞擊翻攪出的物質。這些礦物表明火星曾經擁有較厚的二氧化碳大氣層和豐富的水分，因為碳酸鹽只有在存在大量水的情況下才會形成。此前，該儀器曾探測到粘土礦物，而現在又在這些粘土礦物附近找到了碳酸鹽。這兩種礦物質都形成於潮濕環境中，據推測，數十億年前的火星更溫暖濕潤。那時，碳酸鹽可能是由水和富含二氧化碳的大氣所形成，之後碳酸鹽沉積物可能被掩埋。現在，二次撞擊暴露了這些礦物。地球上也分布有大量石灰岩形式的碳酸鹽沉積物[66]。

勇氣號漫遊車在埃俄利斯區的發現

古瑟夫平原上的岩石是一種含有橄欖石、輝石、斜長石和磁鐵礦等礦物的玄武岩，由於顆粒很細且帶有不規則孔隙（地質學家稱之為囊泡和孔洞）[67][68]，看上去類似火山玄武岩。平原上的大部分土壤來自當地破碎的岩石，在一些土壤中發現了含量相當高的鎳，可能來自隕石[69]。分析表明，這些岩石已被微量水份輕微改變，岩石外表塗層和內部裂縫中存在可能是溴合物的水沉積礦物。所有的岩石都覆蓋着一層很細的塵埃和一層或多層堅硬的外殼，其中一些可以刷掉，而另一些則需用岩石研磨工具（RAT）才能磨掉[70]。

火星哥倫比亞丘陵上分布着各種各樣的岩石，其中一些已被水蝕變，但並非太多的水。

古瑟夫撞擊坑中的塵埃與火星各地的塵埃相同，所有的塵埃都發現具有磁性。此外，勇氣號火星車發現磁性是由磁鐵礦物引起的，尤其是含鈦元素的磁鐵礦。一塊磁鐵能完全吸走所有的塵埃，因此所有的火星塵埃被認為都有磁性[54]。塵埃的光譜與軌道衛星探測到的明亮、低熱慣性區域如塔爾西斯和阿拉伯高地的光譜相似。一層厚度可能不到一毫米的薄薄塵埃覆蓋了所有地表，其中的一些含有少量的化學結合態水[71][72]。

平原

阿迪朗達克岩石
 
 
上：勇氣號全景相機拍攝的阿迪朗達克岩石近似真彩照片。
右：阿迪朗達克岩石研磨後的數碼相機照片（勇氣號全景相機拍攝）。
類型岩石
坐標14°36′S 175°30′E / 14.6°S 175.5°E / -14.6; 175.5

對平原岩石的觀察表明，它們含有輝石、橄欖石、斜長石和磁鐵礦等礦物。這些岩石可以用不同的方式進行分類，礦物的數量和類型使岩石成為原始玄武岩，也稱苦橄欖石玄武岩。這些岩石類似於被稱為玄武質科馬提岩的古陸生岩石。該平原上的岩石也類似於玄武質休格地隕石，即來自火星的隕石。在一種通過圖表比較鹼元素和二氧化硅數量的分類系統中，古瑟夫平原的岩石位於玄武岩、苦橄玄武岩和鹼玄岩三者交界處附近，歐文·巴拉格分類法稱它們為玄武岩[30]。

可能是由於水膜的作用，平原岩石已發生了非常輕微的變化，因為它們比較軟，並含有可能是溴合物的淺材質紋理以及塗層或外殼。據認為，少量的水可能已進入裂縫中，從而導致礦化作用[30][68]；岩石上的塗層可能是在掩埋後與水和塵埃膜相互作用時所產生。它們被改變的一個跡象是，與地球上發現的同類岩石相比，研磨這些岩石更容易。

勇氣號研究的第一塊岩石是阿迪朗達克岩石，結果證明它是該平原岩石特徵的典型代表。

哥倫比亞丘陵

科學家們在哥倫比亞丘陵上發現了各種岩石，並將它們分為六種不同的類別，分別為： 阿迪朗達克、克洛維斯、許願石（Wishstone）、和平（Peace）、瞭望塔（Watchtower）、後支索（Backstay）和獨立（Independence），它們是以每群岩石中最突出的一塊來命名的。通過阿爾法粒子X射線光譜儀測量，它們彼此間的化學成分差異顯著[73]，而最重要的是哥倫比亞丘陵上的所有岩石都因含水流體的作用而顯示出不同程度的蝕變[74]。它們富含磷、硫、氯和溴等元素，所有這些元素都可在水溶液中攜帶。哥倫比亞丘陵的岩石中含有玄武岩玻璃，以及不同數量的橄欖石和硫酸鹽[75][57]。橄欖石的豐度與硫酸鹽含量成反比，這正是人們所期望的，因為水會破壞橄欖石，卻有助於生成硫酸鹽。

克洛維斯岩群特別有趣，因為穆斯堡爾光譜儀檢測到了裡面的針鐵礦 [58]，針鐵礦只有在有水情況下才能形成，因此它的發現是哥倫比亞丘陵岩石中過去有水的首個直接證據。此外，岩石和露頭的穆斯堡爾光譜顯示出橄欖石含量大幅下降，雖然這些岩石可能曾含有過大量橄欖石[76]。橄欖石是缺水的標誌，它在有水環境中極易分解。在哥倫比亞丘陵岩石群中還發現了需要水才能形成的硫酸鹽：許願石含有大量斜長石、部分橄欖石和硬石膏（一種硫酸鹽）；和平岩顯示了硫和結合水的有力證據，因此懷疑是水合硫酸鹽；瞭望塔類岩石缺乏橄欖石，因此可能已被水蝕變；獨立類岩石顯示出粘土的一些跡象（蒙脫石可能是蒙皂石族的一種），而粘土需要暴露在水中相當長的時間才能形成。哥倫比亞山上一種叫做「帕索·羅伯斯」（Paso Robles）的土壤可能是蒸發沉積物，因為它含有大量的硫、磷、鈣和鐵[77]。另外，穆斯堡爾光譜儀還發現，帕索-羅伯斯土壤中的大部分鐵都是被氧化為有水就會發生的鐵+++形態[71]。

在為期六年的任務中期（該任務原只持續90天），在土壤中發現了大量純二氧化硅。二氧化硅可能來自土壤與火山活動產生的酸性水蒸汽的相互作用，或來自溫泉環境中的水[78]。

勇氣號停止工作後，科學家們研究了小型熱輻射光譜儀（簡稱Mini-TES）的舊數據，確認了存在大量富含碳酸鹽的岩石，這意味着火星上某些地區可能曾有水。碳酸鹽是在一塊名為「科曼奇」的岩石露頭中發現的[79][80]。

總之，勇氣號在古瑟夫平原發現了輕微風化的證據，但沒有證據表明那裡有過湖泊。但在哥倫比亞丘陵，有明顯的證據表明存在中等程度的水蝕作用。證據包括硫酸鹽、針鐵礦和碳酸鹽等礦物，它們只在有水的情況下才會形成。據信，古瑟夫撞擊坑在很久前可能有過一座湖泊，但後來被火成物質所覆蓋。所有塵埃都含有磁性成分，經鑑定為含鈦磁鐵礦。此外，覆蓋火星表面一切的薄薄塵埃在火星所有地方都是一樣的。

機遇號漫遊車在珍珠灣區的發現

 
這幅由顯微成像儀拍攝的圖像顯示了嵌入在溝壁內的閃亮球形物體。
 
在鷹撞擊坑岩石露頭上的「藍莓石」（赤鐵礦球），注意左上角合併在一起的三聯體。
 
顯示「藍莓石」如何覆蓋子午線高原大部分地表的示意圖。
 
「漿果碗」岩石。

機遇號漫遊車發現子午線高原的土壤與古瑟夫撞擊坑和阿瑞斯谷的非常相似。但是，子午線高原許多地方的土壤中，覆蓋着一種稱為「藍莓石」的圓形、堅硬的灰色球體[81]。這些藍莓石被發現幾乎完全由赤鐵礦構成。據確認，奧德賽號火星探測器從軌道上觀測到的光譜信號就是由這些小球體所產生，進一步的研究表明，這些藍莓石是由地下水形成的結核構造[71]。隨着時間的推移，覆蓋在這些結核上的岩石被風化，而後它們以緩慢堆積的方式集中在地表。原密集於基岩中的小球體形成為可觀測到的藍莓石覆蓋物，至少需風化一米厚的岩石[82][83]。大部分土壤由並非當地的橄欖石玄武岩砂組成，沙子則可能是從別的地方被搬運而至[84]。

塵埃中的礦物

由聚集在機遇號採集磁鐵上的塵埃生成的穆斯堡爾光譜圖表明，火星塵埃的磁性成分是鈦磁鐵礦，而非人們曾認為的普通磁鐵礦。檢測到的少量橄欖石，被解釋為表明火星上有一段漫長的乾涸期。另一方面，少量赤鐵礦的存在意味着在火星早期歷史中，可能有很短一段時間曾存在過液態水[85]。由於發現岩石研磨工具很容易磨碎基岩，所以人們認為這些岩石比古瑟夫撞擊坑的要鬆軟得多。

基岩礦物

機遇號所降陸的地面上幾乎看不到岩石，但探測車上的儀器對隕石坑中暴露的基岩進行了勘測[86]，發現基岩是以硫酸鈣和硫酸鎂形式存在的沉積岩，含有高濃度的硫。基岩中可能存在的一些硫酸鹽為硫鎂礬、無水硫酸鹽、燒石膏、硫酸鎂、七水鎂礬和石膏。也可能存在鹽類，如岩鹽、水氯鎂石、南極石、白鈉鎂礬、無水鈉鎂礬或鈣芒硝等[87][88]。

 
「霍姆斯特克」礦脈

這些含有硫酸鹽的岩石與孤立的岩石以及火星其他地點登陸器/探測車檢查過的岩石比，色澤更淺。這些含有水合硫酸鹽的淺色岩石的光譜與火星全球探勘者號上熱輻射光譜儀拍攝到的光譜相似。在大範圍區域都發現了這種相同的光譜，因此，相信水曾廣泛出現在各個地區，而不僅僅是機遇號所探測的區域[89]。

阿爾法粒子X射線光譜儀（APXS）發現岩石中的磷含量相當高，在阿瑞斯谷和古瑟夫撞擊坑的其他探測車也發現了類似的高濃度，因此推測火星地幔可能富含磷[90]。岩石中的礦物可能緣自玄武岩的酸性風化，由於磷的溶解度與鈾、釷及稀土金屬的溶解度有關，因此，岩石中可能也富集了這些元素[91]。

當機遇號探測車抵達奮鬥撞擊坑邊緣時，很快發現了一條白色礦脈，後來被確認為是純石膏[92][93]。它是由攜帶石膏溶液的水流將礦物沉積在岩石裂縫中所形成，這條被稱為「霍姆斯特克」礦脈的照片顯示在右上側。

水的證據

主條目：火星水文
 
「最後機會」岩石中的交錯層理特徵。
 
岩石內的空隙或「孔洞」。
 
熱盾岩是在另一行星上發現的第一顆隕石。
 
隔熱罩及位於它左後方的熱盾岩。

2004年對子午線岩石的檢查顯示了過去水的有力現場證據，檢測到的黃鉀鐵礬（僅在水中形成）礦物，證明了子午線高原曾存在過水[94]。此外，一些岩石顯示出只有涓涓細流才會形成的小疊層形狀[95]，首塊發現有這種疊層的岩石被稱作「幽谷」（The Dells），地質學家認為，交錯層理顯示了水下漣漪中傳播的花彩幾何結構[88]，左上顯示了交叉分層，也稱為交錯層理的圖片。

一些岩石中的箱形孔洞是由硫酸鹽形成的大晶體所造成，當晶體溶解後，則會留下稱為孔洞的空隙[95]。岩石中溴元素的濃度變化很大，可能是因為它們極易溶解，水可能在蒸發前將它們濃縮在某些地方。另一種濃縮高溶解性溴合物的機制是夜間的霜凍沉積，會形成非常薄的水膜，將溴集中在某些地方[81]。

撞擊岩

坐落在沙地平原上的一塊岩石—「彈跳岩」，被發現是從撞擊坑中噴射出的，其化學成分與基岩不同。它主要含有輝石和斜長石，而不含橄欖石，與已知來自火星的隕石 EETA 79001 輝玻無粒隕石的岩性 B 非常相似。彈跳岩因靠近着陸器的安全氣囊彈跳位置而得名[82]。

隕石

機遇號探測車在平原上發現了隕石，機遇號儀器分析的第一塊岩石稱為「熱盾岩」，因為它被發現於機遇號隔熱罩所掉落地面的附近。通過小型熱輻射光譜儀、穆斯堡爾光譜儀和阿爾法粒子X射線光譜儀的檢測，研究人員將其歸屬為IAB隕石， 阿爾法粒子X射線光譜儀測定它是由93%的鐵和7%的鎳構成；而被稱為「無花果樹巴伯頓」的鵝卵石被認為是一種石質或石鐵質隕石（中隕鐵硅酸鹽）[96]；但「艾倫山」和「中山」則可能是鐵隕石。

地質史

對現場的觀察使科學家們相信，該地區曾多次被洪水淹沒，並經歷過蒸發和乾燥[82]，在此過程中，硫酸鹽沉積下來。硫酸鹽將沉積物膠結後，赤鐵礦結核通過地下水沉澱生長；一些硫酸鹽形成大晶體，隨後溶解，留下孔洞。有數條證據表明，在過去十億年左右的時間裡，氣候乾旱，但在遙遠的過去，至少有一段時間，氣候支持了水的存在[97]。

好奇號漫遊車在埃俄利斯區的發現

主條目：火星科學實驗室任務年表

好奇號火星車在蓋爾撞擊坑的埃俄利斯山（夏普山）附近的埃俄利斯沼地表遇到了特別有趣的岩石。2012年秋，在從布雷德伯里着陸場前往格萊內爾格的途中，勘查了「加冕」岩石（2012年8月19日）、「傑克·馬蒂耶維奇」岩石（2012年9月19日）、「巴瑟斯特因萊特」（2012年9月30日）等岩石。

古代水的證據

主條目：火星水文

2012年9月27日，美國宇航局的科學家們宣布好奇號探測車發現了一條古河床的證據，表明火星上曾有過「奔騰的水流」[1][2][3]。

火星上水的證據[1][2][3]
 
好奇號探測車橢圓着陸區和着陸點（注+）附近的皮斯谷和相應沖積扇。
 
火星上的「霍塔岩」露頭—2012年9月14日，好奇號火星車觀察到的一條古老河床(特寫) (立體版)。
 
火星上的「林克岩」露頭—與地球河流礫岩比較—表明水在溪流中「強勁」地流動。
2012年9月26日，好奇號探測車前往格萊內爾格的途中。

2012年12月3日，美國宇航局報告說好奇號進行了第一次全面的土壤分析，揭示了火星土壤中存在水分子、硫和氯[51][52]。2013年12月9日，美國宇航局報告說，根據好奇號火星車研究埃俄利斯沼的證據，蓋爾撞擊坑中有一座古淡水湖，可能是微生物生命宜居的環境[98][99]。

古代宜居性證據

主條目：火星生命

2013年3月，美國宇航局報告說，好奇號在分析了第一份火星岩石鑽孔樣本-蓋爾撞擊坑黃刀灣的「約翰·克萊因」岩石後，發現蓋爾撞擊坑中的地化條件曾適合微生物生存的證據。漫遊車探測到了水、二氧化碳、氧、二氧化硫和硫化氫[100][101][102]，同時還檢測到氯甲烷和二氯甲烷，相關測試發現的結果與存在蒙脫石粘土礦物的情況相一致[100][101][102][103][104]。

好奇漫遊車-化學分析
（2013年2月27日，黃刀灣「約翰·克萊因」岩石鑽孔樣本）[100][101][102]。
 
火星樣本分析設備(SAM)
 
氣相色譜質譜儀(GCMS)
 
化學與礦物分析儀 (CheMin)

有機物檢測

參見：火星甲烷

2014年12月16日，美國宇航局報告說，好奇號漫遊車探測到火星大氣層中「十倍峰值」的甲烷含量，可能是局部性的。「20個月內進行了十幾次」樣本測量的結果顯示，2013年末和2014年初甲烷含量有所增加，平均「大氣層中甲烷含量為十億分之七」，而在此前後，平均讀數隻約為這一水平的十分之一[20][21]。

 
2012 年 8 月至 2014 年 9 月好奇號探測車測量的火星大氣層甲烷。
 
火星甲烷(CH4) –潛在來源和沉沒途徑。

此外，好奇號探測車分析了從其中一塊名為「坎伯蘭」岩石中鑽取的粉末，檢測到高含量的有機化合物，尤其是氯苯[20][21]。

 
火星岩石中的有機化合物比較—「坎伯蘭」岩石樣本中的氯苯含量要高得多。
 
「坎伯蘭」岩樣中有機物的檢測。
 
「坎伯蘭」岩石的光譜分析（SAM）。

圖集

另請查看

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外部連結

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