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幾十年前，當火星軌道飛行器在紅色星球表面發現峽谷和其他河流地貌時，一個誘人的想法浮出水面。行星科學家們推測，也許古代火星被厚厚的大氣層覆蓋，這使得這顆行星比現在溫暖潮溼得多，地表有流動的水、湖泊，甚至可能還有海洋覆蓋了至少一部分割槽域。他們想知道，如果火星在大約三十億到四十億年前有水，為什麼沒有生命呢？
但是，根據一項新的研究，最近的礦物學資料對這個想法提出了質疑。儘管火星似乎確實經歷了一個溫暖潮溼的階段，但大部分活動看起來都發生在地下，地表仍然大多幹燥和寒冷。在這種情況下，火星的峽谷和湖床將由短暫的、偶發的流動形成，而不是由長期存在的水體形成。但在地下，環境可能非常不同——溫暖、潮溼，甚至可能適合生命存在。
這是11月3日發表在《自然》雜誌上的一篇評論文章的主旨。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）該研究的作者研究了粘土礦物是如何在火星表面存在的，這些粘土礦物是在液態水存在的情況下形成的，並且在火星各地都被檢測到。研究人員認為，證據表明粘土形成於地下，而不是像地球上那樣，形成於暴露於液態水地表附近的岩石中。自粘土形成以來數十億年間，隕石撞擊會將這些礦物質攪動到地表。
加州理工學院的行星科學家、主要研究作者貝瑟尼·埃爾曼說：“我們看到的越多資訊，就越覺得粘土的形成方式與地球上的不同。我認為，早期火星溫暖潮溼的環境可能在地表之下，這很有趣。”在火星曆史的最初十億年左右，由於廣泛的火山活動和大型撞擊體的轟擊，地殼中存在充足的熱量。
地下粘土形成的一個證據來自這些礦物質的化學成分，它與火山岩的化學成分非常相似，而火山岩與水反應形成了粘土。這種相似性表明這是一個封閉的系統，由於水的流動或大氣交換，沒有太多化學元素的流入或流出。“沒有大量的水進出該系統，如果你在地表，很難想象這會如何發生，”埃爾曼指出，“粘土和玄武岩的化學成分相似。”
另一個重點是，在火星上發現的一些粘土礦物形成於高達 400 攝氏度的高溫環境中，表明存在熱液活動區域，而不是露天水體是粘土的來源。
如果火星水的地球化學證據確實追溯了以地下活動為主的水文歷史，那將意味著在紅色星球上雕刻出峽谷和洪泛區的流動只是該星球水歷史中的少數例外。“水的形態學證據和礦物學證據之間存在某種脫節，”埃爾曼說。這些形態特徵可能是由火星不穩定氣候中異常溫暖時期短暫、偶發的冰融化洪水雕刻而成。“證據與這些時期非常短暫的事實相符，”埃爾曼說。
儘管自 20 世紀 70 年代以來人們就認識到火星上暗示有水的地形，但這種形態學證據並不能說明全部情況，聖路易斯華盛頓大學的行星科學家雷蒙德·阿維德森說，他沒有參與這項新研究。“當我們將其與礦物學證據結合起來時，我們發現：‘哇。摘下你帶有地球色彩的眼鏡’，”他說，“因為這是一個有大量水活動的星球，但遠不及地球那麼廣泛。”
一個寒冷乾燥的火星外部與該星球的一些氣候模型非常一致，這些模型難以重現溫和的古氣候。“根據我們的建模，我們不再相信火星有一個溫暖潮溼的環境，”巴黎動態氣象實驗室（LMD）的博士後研究員羅賓·沃茲沃思在上個月在法國舉行的一個行星科學會議上表示。
如果火星曾經被比今天更厚的大氣層覆蓋，模型表明它確實會稍微溫暖一些。“儘管如此，我們發現，無論大氣層的厚度如何，氣候都會太冷，無法維持長期、類似地球的溫暖潮溼氣候，”沃茲沃思的 LMD 同事弗朗索瓦·弗格特說。“總的來說，我們的氣候模擬指向一個寒冷的早期火星，冰雪將發揮重要作用，”他說，區域性或偶發的融化提供了液態水。
“我認為，真實的火星正在開始顯現，”阿維德森說。“火星的表面偶爾是溫暖的，偶爾是潮溼的，但更多的是在地下。”瞭解火星上液態水在何時何地長期存在是設計有針對性的搜尋紅色星球上過去生命跡象的關鍵。“它最終將引導我們找到正確的地方，看看火星是否擁有維持可居住環境的合適物質，”阿維德森說。