現(xiàn)代地球和火星的大氣都具氧化性，日常生活中含鐵的物質(zhì)很容易被氧化形成鐵銹（即鐵氧化物）。氧化性的大氣在地球上已經(jīng)存在約25億年，但在此之前，地球的大氣是還原性的，即地表并沒有鐵銹痕跡。

還原性行星到氧化性行星的轉(zhuǎn)化被稱為大氧化事件（GOE），此轉(zhuǎn)化是地球演化過程中的核心部分。地球上的大氧化事件在本質(zhì)上與生命演化，尤其與產(chǎn)氧光合作用的盛行密切相關(guān)。香港大學(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星其實也經(jīng)歷過大氧化事件 — 這顆紅色星球的表面在幾十億年前并沒有那么紅。

這項研究最近于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?天文學(xué)》(Nature Astronomy) 中發(fā)表，由香港大學(xué)地球及行星科學(xué)研究部和太空研究實驗室的博士研究生劉嘉成和其導(dǎo)師Joseph MICHALSKI博士共同率領(lǐng)完成。他們利用高光譜遙感技術(shù)，分析火星地表物質(zhì)的分子振動，藉以研究火星古老巖石的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征。研究團(tuán)隊將火星高光譜遙感數(shù)據(jù)與實驗室所收集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)對比，發(fā)現(xiàn)火星地表出露的古老巖石曾經(jīng)歷過還原性的化學(xué)風(fēng)化，顯示早期火星確實存在過還原性的大氣環(huán)境。

雖然現(xiàn)代火星具有干冷的氣候條件，但是在35億年前，火星更為溫暖潮濕，其氣候條件足以讓河道、湖泊和含水礦物在地表形成。科學(xué)家利用數(shù)學(xué)模型研究早期火星大氣和古氣候，發(fā)現(xiàn)早期火星存在過較強(qiáng)的溫室效應(yīng)。要實現(xiàn)這強(qiáng)度的溫室效應(yīng)，大氣中不僅需要二氧化碳的存在，還必須包含還原性氣體。在這項研究之前，沒有任何證據(jù)顯示早期火星出現(xiàn)過還原性大氣，而這項研究證實了早期火星大氣的確是還原性的。

此研究采用了紅外遙感的細(xì)致分析，利用紅外光譜研究風(fēng)化巖石露頭的礦物分布特征。研究工作建基于中國海南島與火星類似的玄武巖厚層風(fēng)化剖面的仔細(xì)分析上。劉嘉成在室內(nèi)利用紅外光譜對海南島玄武巖風(fēng)化殼進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，較早前亦在《應(yīng)用黏土科學(xué)》期刊 (Applied Clay Science) 發(fā)表了適用于表征玄武巖化學(xué)風(fēng)化程度的光譜參數(shù)。

「嘉成的研究項目真的非常出色，成功地將實驗室的研究結(jié)果應(yīng)用于火星遙感之上?！筂ichalski博士續(xù)說:「他發(fā)現(xiàn)火星上的巖石剖面具有和海南島風(fēng)化殼類似的礦物演化趨勢?！?/p>

地球及行星科學(xué)研究部助理教授Ryan MCKENZIE博士對這項研究工作亦印象深刻。Mckenzie博士說:「這是一項十分出色的研究，其發(fā)現(xiàn)將影響我們對類地行星及其表面環(huán)境早期演化的理解。氧氣是生物光合作用的產(chǎn)物，正是由于生命的存在，地球的大氣在25億年前從還原性向氧化性的轉(zhuǎn)變才成為可能。如果沒有微生物產(chǎn)生氧氣，它就不會在我們的大氣中聚積，我們亦不會在地球上生存。盡管火星和地球在演化過程中的部分條件存在一定的差異，但我不禁開始思考，嘉成的研究結(jié)果對早期火星生物圈是否存在有哪些啟示。」

中國首次自主發(fā)射的「天問一號」探測器，已于本年2月10日進(jìn)入火星軌道，并定于今年5月登陸火星，令科學(xué)家為之振奮。港大這項研究工作證明了如何透過光譜和遙感技術(shù)，做出對理解火星演化具有重要意義的基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)我們開始了解火星最古老的歷史時，研究人員亦同時準(zhǔn)備好直接探尋或曾存在于火星的生命印記，未來港大將致力成為參與探索任務(wù)的一員，為火星研究出一分力。

關(guān)于港大地球及行星科學(xué)研究室和空間研究實驗室

地球及行星科學(xué)研究部和空間研究實驗室皆隸屬港大，致力于運用傳統(tǒng)地球和環(huán)境科學(xué)技術(shù)與技能，應(yīng)對現(xiàn)代空間科學(xué)的挑戰(zhàn)。而Joe Michalski博士是空間研究實驗室的副總監(jiān)，在港大成立了行星光譜學(xué)和礦物學(xué)實驗室。（港大宣）