行星学家马克西米利安·保罗·赖策(Maximilian Paul Reitze)最近在《伊卡洛斯》(Icarus)期刊上发表了一篇文章,抛出了一个乍听有点“脑洞”的猜想:水星上那些遍布的、像浅色麻子一样的凹坑,或许跟地球上一座极其罕见的火山有关。这座火山在坦桑尼亚,名叫“奥尔多尼奥·伦盖”(Ol Doinyo Lengai),被当地马赛人和松乔人称为“上帝之山”。它产的熔岩,跟我们印象中滚烫黏稠的岩浆完全不是一回事儿。

说人话就是,地球上绝大多数火山喷出的岩浆,主要成分是硅酸盐,冷却之后变成我们熟悉的黑乎乎的玄武岩。这种岩浆温度高,常常超过1000摄氏度,流动起来像蜂蜜或者更稠的麦芽糖。但奥尔多尼奥·伦盖是个异类,它流出的是一种富含碳化合物的“碳酸盐熔岩”——专业上叫碳酸岩。你可以把它想象成一种矿物版的黑巧克力,里面一半以上都是碳酸盐矿物。这种熔岩的熔点比常规硅酸盐岩浆低了不止一个量级,流动时稀薄得像温热的机油,温度大约只有500多摄氏度。更惊人的是,根据研究人员的测量,这座火山熔岩的实际流动温度,比水星白天表面那灼热的424摄氏度还要低上大约100摄氏度。也就是说,这种岩浆若搁在水星正午的阳光下,可能还没来得及喷出就已经先把自己“烤软了”,听起来很反直觉。

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正是这个温度倒挂,让赖策和他的合作者们把目光投向了水星。水星是离太阳最近的行星,白天表面能被加热到400多摄氏度,而我们一直以为它是一个地质上差不多“死透了”的星球。由于它看起来跟月球有几分相似,密密麻麻的撞击坑给人“亘古不变”的错觉,研究人员原本不指望在那里发现大规模的火山活动。但是NASA的“信使”号(MESSENGER)探测器在2011年进入水星轨道后,绘制出的全表面地图上,却出现了一类谁也解释不清的奇怪特征——科学家把它们命名为“空洞”(hollows)。

这些空洞并不是普通的陨石坑。它们散布在水星表面的不同区域,坑壁和坑底呈现出一种相对明亮的色调,表明它们是在地质上非常近的时期才形成的,甚至可能直到今天还在继续演化。换句话说,这些坑洞很“年轻”,而一个没有活跃板块运动、也没有大规模火山迹象的星球,能靠什么机制不断翻新自己的表皮?这就是让行星科学家头疼的地方。

“水星看起来有点像月球,我们并不预期那里会有大型火山,”身为德国明斯特大学行星学研究所行星学家的赖策说。要想解释空洞的存在,“我们需要某种在水星条件允许之下的火山活动。”于是,地球上那座独一无二的低温碳火山就进入了视野。赖策团队提出,如果水星的地下含有丰富的碳,就像奥尔多尼奥·伦盖下面那个碳酸盐熔融体一样,那么这些神秘的凹坑,就可能是水星版本的碳酸盐喷发留下的遗迹。熔岩因为温度远低于水星白昼高温,所以可能在喷出后迅速冷却,形成浅色的、富含碳的沉积物,外观上刚好就和信使号看到的那类明亮坑底对得上号。

这个假说听起来很精巧:一个天外的好奇谜团,用地球上一个低调的奇特火山来做钥匙。然而,并不是所有人都买账。

华盛顿大学圣路易斯分校的行星科学家保罗·伯恩(Paul Byrne)就明确表示了怀疑。伯恩并没有参与《伊卡洛斯》上的这项研究,但他指出一个关键事实:“我们知道水星的地壳里有碳,但含量非常低。”信使号搭载的X射线和中子谱仪数据显示,水星表面碳的丰度远达不到支撑大规模碳酸盐火山活动所需的水平。况且,地表碳浓度最高的地区,并不对应空洞分布最密集的区域。如果这些空洞真的是一种碳基熔岩的产物,那么考虑到空洞遍布全球的规模,就需要地壳里储存着比我们目前估算多得多的碳。“这意味着,假想要成立的话,水星地下的碳要远比我们猜想的丰富。”伯恩说。

要理解这场跨越行星的辩论,得先回到水星探测的艰难史。因为离太阳实在太近了,水星就像一颗永远守在篝火边的小石子,被日光淹没了绝大多数细节。直到1974年和1975年,NASA的“水手10号”探测器三次飞掠,人类才第一次瞥见它的近景——布满陨坑、像极了月球背面。又过了三十多年,“信使”号终于在2011年至2015年间环绕水星运行,拍下了完整的地表影像,并测定了表面化学成分,这才揭开了那些意想不到的“空洞”。而下一棒,交给了欧洲空间局(ESA)与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)联合进行的“贝皮科伦坡”(BepiColombo)任务。这个探测器组合目前正在飞往水星的途中,它将用更先进的仪器去进一步剖析水星的表层和内部结构,或许能为这场“碳火山假说”之争提供关键数据。

但眼下,针对那个核心问题——“空洞到底怎么来的?”——科学界手里的答案依然是多个问号的排列组合。它们可能是某种迄今未识别出的撞击后作用形成的,也可能与易挥发物质在高温下升华逃逸有关,甚至不排除是水星版“岩浆”的杰作,只是这种岩浆的成分不是碳,而是硫或者其他某种在高温下能流动的混合物。奥尔多尼奥·伦盖火山提供的碳熔岩模板,只是众多猜想中颇有意趣的一个,其价值不在于立马定罪,而在于提示我们:就算在太阳系最灼热的角落里,也有可能发生我们以为只存在于地球上某种偏僻角落的冷门地质过程。

你可能会好奇,如果水星上真有“冷”火山,那是一种怎样的景象?想象一下,在400多度的烈日炙烤下,地下缓慢涌出的熔融碳酸盐,流不了多远就凝固成灰白色的、像干燥水泥一样的质地。没有壮观的火红喷发,只有低矮的、摊开如薄饼的岩席,久而久之被微陨石砸得支离破碎,形成一片片浅色的凹地。这种“温柔”的火山活动,跟地球上的普林尼式喷发或者夏威夷的熔岩河完全不是同一种剧本,却有种安静而持续的力量,或许可以解释信使号看到的那种异常年轻的地貌。

当然,所有这些描述都还带着“或许”二字。保罗·伯恩提醒得没错:如果水星表面的碳真的那么少,那我们就需要设想某种能把微量碳集中起来的机制,或者干脆考虑碳以外的替代成分。还有一种可能是,我们对水星古老外壳中碳含量的测量存在偏差,因为信使号只能探测最表层几十微米的信息,更深处的碳可能多得超乎预期。这些问题,在贝皮科伦坡抵达水星之前,都只能停留在桌面上的反复推演。

奥尔多尼奥·伦盖火山本身也还有不少谜团。它产出的碳酸岩熔岩不仅在地球上极其罕见,而且其准确的成因至今仍有争论:有的研究者认为是地幔深处极低程度的部分熔融所致,有的则认为是富含二氧化碳的岩浆在上升过程中与周围岩石反应而成的“二次加工产品”。同样是碳火山,如果连地球上的样本都还没被完全看懂,那么把它搬到水星上去应用,自然就需要格外谨慎。这也是为什么赖策的论文发表后,讨论区里既有“这个类比太巧妙”的赞叹,也有“步子迈得稍大了些”的保留意见。

无论如何,这个思路至少打破了一种刻板印象——水星不像传统观念里那样只是一块被太阳烤焦的石头。它或许有自己的“内热”,哪怕这种内热不是以我们熟悉的硅酸盐火山形式表现出来。地球上的奥尔多尼奥·伦盖,就像地质学里一个极端的参照点,默默提示着我们:别拿地球常见的模式去套整个太阳系。一颗行星哪怕表面温度能融化铅,也依然可能藏着冰凉的、黑巧克力般的碳熔岩,用自己的节奏缓慢地重塑着脸庞。

至于那些空洞究竟是不是碳火山遗存,这个悬念可能要留到贝皮科伦坡任务传回更详尽的光谱数据和热成像之后才能拨开云雾。在这之前,坦桑尼亚的那座“上帝之山”,会继续作为行星科学家的灵感来源,提醒