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几十年前，当火星轨道飞行器在红色星球表面发现峡谷和其他河流地貌时，一个诱人的想法浮出水面。行星科学家们推测，也许古代火星被厚厚的大气层覆盖，这使得这颗行星比现在温暖潮湿得多，地表有流动的水、湖泊，甚至可能还有海洋覆盖了至少一部分区域。他们想知道，如果火星在大约三十亿到四十亿年前有水，为什么没有生命呢？
但是，根据一项新的研究，最近的矿物学数据对这个想法提出了质疑。尽管火星似乎确实经历了一个温暖潮湿的阶段，但大部分活动看起来都发生在地下，地表仍然大多干燥和寒冷。在这种情况下，火星的峡谷和湖床将由短暂的、偶发的流动形成，而不是由长期存在的水体形成。但在地下，环境可能非常不同——温暖、潮湿，甚至可能适合生命存在。
这是11月3日发表在《自然》杂志上的一篇评论文章的主旨。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）该研究的作者研究了粘土矿物是如何在火星表面存在的，这些粘土矿物是在液态水存在的情况下形成的，并且在火星各地都被检测到。研究人员认为，证据表明粘土形成于地下，而不是像地球上那样，形成于暴露于液态水地表附近的岩石中。自粘土形成以来数十亿年间，陨石撞击会将这些矿物质搅动到地表。
加州理工学院的行星科学家、主要研究作者贝瑟尼·埃尔曼说：“我们看到的越多信息，就越觉得粘土的形成方式与地球上的不同。我认为，早期火星温暖潮湿的环境可能在地表之下，这很有趣。”在火星历史的最初十亿年左右，由于广泛的火山活动和大型撞击体的轰击，地壳中存在充足的热量。
地下粘土形成的一个证据来自这些矿物质的化学成分，它与火山岩的化学成分非常相似，而火山岩与水反应形成了粘土。这种相似性表明这是一个封闭的系统，由于水的流动或大气交换，没有太多化学元素的流入或流出。“没有大量的水进出该系统，如果你在地表，很难想象这会如何发生，”埃尔曼指出，“粘土和玄武岩的化学成分相似。”
另一个重点是，在火星上发现的一些粘土矿物形成于高达 400 摄氏度的高温环境中，表明存在热液活动区域，而不是露天水体是粘土的来源。
如果火星水的地球化学证据确实追溯了以地下活动为主的水文历史，那将意味着在红色星球上雕刻出峡谷和洪泛区的流动只是该星球水历史中的少数例外。“水的形态学证据和矿物学证据之间存在某种脱节，”埃尔曼说。这些形态特征可能是由火星不稳定气候中异常温暖时期短暂、偶发的冰融化洪水雕刻而成。“证据与这些时期非常短暂的事实相符，”埃尔曼说。
尽管自 20 世纪 70 年代以来人们就认识到火星上暗示有水的地形，但这种形态学证据并不能说明全部情况，圣路易斯华盛顿大学的行星科学家雷蒙德·阿维德森说，他没有参与这项新研究。“当我们将其与矿物学证据结合起来时，我们发现：‘哇。摘下你带有地球色彩的眼镜’，”他说，“因为这是一个有大量水活动的星球，但远不及地球那么广泛。”
一个寒冷干燥的火星外部与该星球的一些气候模型非常一致，这些模型难以重现温和的古气候。“根据我们的建模，我们不再相信火星有一个温暖潮湿的环境，”巴黎动态气象实验室（LMD）的博士后研究员罗宾·沃兹沃思在上个月在法国举行的一个行星科学会议上表示。
如果火星曾经被比今天更厚的大气层覆盖，模型表明它确实会稍微温暖一些。“尽管如此，我们发现，无论大气层的厚度如何，气候都会太冷，无法维持长期、类似地球的温暖潮湿气候，”沃兹沃思的 LMD 同事弗朗索瓦·弗格特说。“总的来说，我们的气候模拟指向一个寒冷的早期火星，冰雪将发挥重要作用，”他说，局部或偶发的融化提供了液态水。
“我认为，真实的火星正在开始显现，”阿维德森说。“火星的表面偶尔是温暖的，偶尔是潮湿的，但更多的是在地下。”了解火星上液态水在何时何地长期存在是设计有针对性的搜索红色星球上过去生命迹象的关键。“它最终将引导我们找到正确的地方，看看火星是否拥有维持可居住环境的合适物质，”阿维德森说。