黃刀灣

黃刀灣（Yellowknife Bay）也譯作耶洛奈夫灣，是火星蓋爾撞擊坑中的一處地質構造。2012年12月17日，即125個火星日後，美國宇航局火星科學實驗室的「好奇號」探測車抵達該低洼地帶，開始了為期668個火星日的計劃任務。火星科學實驗室的主要任務目標是評估該行星的宜居性潛力以及火星環境是否能夠或曾經支持過生命^[1]。該地點是在前幾次任務對該地區進行大量研究後選擇的，火星勘測軌道飛行器觀察到由液態水所形成的形態特徵，表明存在過一座可維持微生物生命的古湖泊。該地質窪地取名自加拿大西北地區首府黃刀鎮^[2]，以紀念該城市周圍地區40億年歷史的岩石，它與蓋爾撞擊坑中裸露岩石的地質齡大致相同^[3]。

被稱為「謝勒」(Shaler)的黃刀灣地質特徵—露頭顯示出明顯為水流特徵的交叉層理。

蓋爾撞擊坑

好奇號從布雷德伯里著陸場前往黃刀灣的路徑以及沿途的地質路標。

黃刀灣是巨大的蓋爾撞擊坑內一處5米深的地質窪地，該隕坑位於火星赤道以南，靠近埃俄利斯區西北部。在它的中心區域坐落著一座5.5公里(18000英尺)高，名為埃俄利斯山的山丘，又稱「夏普山」。坑內地質單元提供了廣泛的撞擊相對齡及其詳細的地質變遷史。

蓋爾撞擊坑是火星科學實驗室探測車的著陸點，該探測車於2011年11月26日從卡納維拉爾角發射，並於2012年8月6日降落在指定的布雷德伯里著陸場^[4] 。該探測車配備了一套比以前任何外星登陸器都更先進的儀器，非常適合評估目標區域的地質。「好奇號」從著陸點向東北方向行駛了半公里，抵達了該低凹窪地。該區域比以前的地形更平坦、顏色更淺，並被命名為「黃刀灣」。火星科學實驗室團隊的首要任務是拍攝該區域360度的彩色全景圖像，這幅圖像隨後被用於選擇從黃刀灣採集約翰·克萊因和坎伯蘭岩石樣本的鑽孔位置^[2]。

宜居性

黃刀灣的三種岩層：格萊內爾格岩段、吉萊斯皮湖岩段和羊床岩段(好奇號探測車)。

火星最初10億年的狀況與今天截然不同，這些條件是否曾適宜居住，很大程度上取決於地表的揮發物含量，尤其是水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)^[5]。存在這些揮發物最好的證據是來自對地表形態的觀察，之前對蓋爾撞擊坑的觀察表明，黃刀灣暴露的地層很可能是扇形或下坡等價物，如湖泊沉積物。好奇號使用它的化學相機和桅杆相機分析了一處被稱為「謝勒」的地質露頭化學成分和分層結構^[6]。該地質構造顯示了交錯層理特徵，清楚地表明了過去與水流的相互作用。黃刀灣之所以被火星科學實驗室團隊選為首個主要的勘探地點，就是其暴露的地層被推斷為淺河流-湖相沉積。這些水環境被認為保存了古代宜居性的證據以及潛在的類地微生物，它們能分解岩石和礦物以獲取能量，被稱為化能無機自養生物^[7]。

在「好奇號」探測車抵達火星之前，對所有火星地表的測年都是用地貌學和撞擊坑計數法等相關技術來測定岩層的地質齡^[8]。火星科學實驗室團隊則通過探測車收集黃刀灣的泥岩樣本，再使用火星樣本分析設備(SAM)中的質譜儀測量氬同位素，來測定岩段的絕對放射齡以及它暴露於地表的大致時間。湖床岩石的地質年齡可追溯至40億年前，並在30到1.1億年前因風蝕而暴露，這是首次在另一星球上獲得的岩石絕對年齡^[9]。儘管如此，尋找火星生命證據更理想位置應是僅一百萬年或更短時間才露出的最近岩層，只有這樣它們才能更好地免受惡劣地表輻射的影響^[10]。

黃刀灣地質

構成黃刀灣組的三種沉積層橫截面，以及約翰·克萊因和坎伯蘭岩樣的鑽孔位置。

太陽系中大多數石質星球的主要成分是火成岩，但長期來人們就一直推測，與地球一樣，火星上也分布著大量的沉積岩^[11]。「好奇號」探測車已確認存在由細、中和粗粒砂岩玄武岩構成的沉積岩石。在此露出的厚度約5.2米(17英尺)，分為三種獨特的地層，從下往上，這些地層分別被命名為：羊床段(1.5米(4.9英尺)厚)、吉萊斯皮湖段(2米(6.6英尺)厚)和格萊內爾格段(1.7米(5.6英尺)厚)，這些構件的組合稱為黃刀灣組^[12]。

由風蝕和河流作用引起的侵蝕活動已導致吉萊斯皮湖岩段產生風化，露出了下面的羊床岩層，並形成火星勘測軌道飛行器拍攝的高解析度成像科學設備圖像中所看到的地形台階。吉萊斯皮湖床看上去很大，由夾雜著嶙峋與圓潤的不規則顆粒組成，構成了片狀的砂質玄武岩，這些特徵進一步支持了河流運送和沉積的模型。此外，根據一項研究，與吉萊斯皮湖岩段相關的砂岩層似乎與地球上發現的「微生物參與形成的原生沉積構造」(MISS)相似^[13]。

好奇號」從羊床層泥岩沉積岩中提取了兩份鑽孔樣本，分別稱為「約翰·克萊因」和「坎伯蘭」，它們是從火星風化層中提取的第二和第三份鑽探樣本^[1]。第一份則取自黃刀灣以西60米（200英尺），一處名為石巢的風蝕礦床。鑽取的這兩份樣本相距3米(9.8英尺)，在同一地層的10厘米(3.9英寸)範圍內。

約翰·克萊因和坎伯蘭樣本

好奇號鑽探採樣選擇的約翰·克萊因點。

「好奇號」使用了多台不同的探測設備來嘗試評估從羊床地層中採樣的泥岩礦物。化學與礦物分析儀的X射線衍射、桅杆相機、化學相機、阿爾法粒子X射線光譜儀(APXS) 和火星手部透鏡成像儀(MAHLI)均用於獲得兩份樣本化學和礦物學的最完整圖片，這些樣本照片將用於描述整個區域^[14]。

這兩份樣本中發現的主要成分是大量的頁矽酸鹽，如蒙脫石等粘土礦物^[15]，而粘土礦物則是僅在有水情況下才會形成的水合鋁矽酸鹽，這進一步支持了該地區曾經有過一座古隕坑湖的說法。此外，還檢測到了其他矽酸鹽，如橄欖石的富鎂端成員：鎂橄欖石、易變輝石、斜長石、輝石、單斜輝石和斜方輝石。這些檢測到的礦物都表明沉積物可能的鎂鐵質來源^[14][15]。

黃刀灣之後

火星科學實驗室的主要目標是確定火星上是否可能存在過宜居的古環境，隨著在黃刀灣內研究的完成，美國宇航局的科學家團隊隨後將「好奇號」從黃刀灣地層引向了矗立在蓋爾撞擊坑內5.5公里(3.4英里)的夏普山^[16]。2013年7月4日，「好奇號」駛離了格萊內爾格段，開始了前往夏普山的8公里(5英里)旅程。美國宇航局科學家們估計，這項任務需要一年時間才能完成^[17]。