美国航天局的影像资料早已揭示火星表面存在古老河流与湖泊的遗迹，这些湿润环境最终被干燥沙丘取代，但科学界至今未能厘清环境变迁的时间节点，也不确定哪些条件促成了这场翻转。

如今，“好奇”号火星车收集的数据给出了新线索。研究团队发现，氧化铁矿物赤铁矿内部的单个晶体可以作为矿物学标记，用于还原火星古代气候的真实面貌。这些微晶的形状与结构反映了它们形成时的温度和水的存在状况，相当于远古环境写下的日记。

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周四发表在《科学》杂志上的一篇论文研究了“好奇”号在盖尔陨石坑不同海拔高度采集的20份样本。盖尔陨石坑的岩壁像书页一样逐层展示火星的环境演变，较深的地层记录着更早的年代。科学家调取火星车搭载的化学与矿物学仪器的探测数据后注意到，赤铁矿的微晶尺寸随海拔变化而显著不同。与此同时，通常与赤铁矿伴生的针铁矿在低海拔样本中彻底消失，却仍出现在高海拔样本里。这一差异暗示，盖尔陨石坑最深处曾存在温暖的液态地下水，持续时间可能长达470万年，而在此期间，这些长期存在的含水层或许维持着适宜生命栖居的环境。

“我们发现，尽管火星气候整体趋向寒冷，埋藏岩层内部却长期保持着温暖潮湿的条件。”论文共同第一作者、美国航天局约翰逊航天中心天体材料研究与探索科学部的行星科学家坦尼娅·佩列佳日科表示，“这意味着在岩石深处，只要其他必要因素具备，那些较温暖的条件本可以让宜居环境延续相当长的时间。”

铁氧化物被视为指示水活动的矿物指纹，因为它们必须在水参与下才能生成。而这项研究进一步揭示，赤铁矿的微晶尺寸与结构还能反映温度驱动的气候变化——不同温度会催生不同形态的结晶。科学家们测量发现，盖尔陨石坑高海拔区域的赤铁矿微晶粒径不足10纳米，而低海拔区域的晶体普遍更大，最大可达65纳米。这一发现与针铁矿的分布规律高度吻合：高海拔样本中赤铁矿与针铁矿共存，低海拔样本则只有赤铁矿孤零零现身。

研究团队据此推断，当环境偏暖且水体酸碱度接近中性或呈弱碱性时，针铁矿会逐渐转化为赤铁矿，而同样的温暖条件还会促进赤铁矿微晶的尺寸持续增大，最终在不同地层留下差异鲜明的矿物印记。