古代火星上是否曾下雨或下雪？新研究给出肯定答案

科罗拉多大学博尔德分校地质学家的一项新研究描绘了这样的火星图景：一个相对温暖湿润的红色星球，与我们今天所知的寒冷荒原截然不同。该团队的发现表明，数十亿年前塑造火星表面的众多山谷与河道网络很可能是由大量降水滋养形成的——这为行星科学界长期存在的争论增添了新证据。

由2024年在科罗拉多大学地质科学系获得博士学位的阿曼达·斯特克尔（Amanda Steckel）领导的研究团队，于4月21日在《地球物理研究杂志：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）上发表了他们的发现。

"你可以打开谷歌地球查看犹他州等地的图像，放大后会发现与火星地貌的相似性，"现任职于加州理工学院的斯特克尔说。

如今大多数科学家认同，在大约41亿至37亿年前的诺亚纪（Noachian epoch），火星表面至少存在过部分水体。

但这些水体的来源始终是个谜团。部分研究者认为古代火星从未温暖湿润，而始终寒冷干燥。当时太阳系中的年轻恒星亮度仅为现今的75%。广袤的冰盖可能覆盖了火星赤道周边的高地，仅在短时间内偶尔融化。

在最新研究中，斯特克尔团队着手探究火星远古气候的"温暖湿润说"与"寒冷干燥说"。该团队利用计算机模拟探索数十亿年前水如何塑造火星地表形态。他们发现，由降雪或降雨形成的降水很可能造就了至今仍存在于火星的山谷形态与源头水系。

"很难做出任何确定性结论，"斯特克尔表示，"但我们观察到这些山谷在极大海拔跨度范围内开始形成，仅用冰盖理论难以解释这种现象。"

双重面貌的红色星球

现今的火星卫星图像仍清晰保留着水的痕迹。

例如在赤道区域，广阔的河道网络从火星高地延展，如树枝般分叉汇入湖泊，甚至可能曾注入海洋。美国宇航局2021年登陆的毅力号探测器（Perseverance rover）正在杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）——这类远古湖泊的遗址之一——进行探测。诺亚纪时期，一条湍急河流曾注入该区域，在陨石坑底部沉积形成三角洲。

"需要数米深的流动水体才能沉积这类巨石，"该研究的资深作者、科罗拉多大学大气与空间物理实验室（LASP）科学家布莱恩·海内克（Brian Hynek）指出。

为研究这段远古历史，现任毅力号科学团队成员的斯特克尔与海内克共同构建了火星部分区域的数字化模型。

团队采用由合著者、科罗拉多大学地质科学系教授格雷戈里·塔克（Gregory Tucker）最初为地球研究开发的计算机模拟程序。科罗拉多大学环境科学合作研究所（CIRES）研究员马修·罗西（Matthew Rossi）亦为合著者。

研究人员运用该软件，在模拟火星赤道附近地形的合成地形上模拟地貌演化过程。部分实验中，他们通过降水向地形添加水源；其他实验则加入融化的冰盖。随后在模拟中让水流持续数万至数十万年。

研究团队分析了由此形成的形态模式，特别是火星分叉山谷的源头河流发源地。不同情境产生了截然不同的结果：在冰盖融化模型中，山谷源头主要形成于高海拔区域，基本沿古冰盖边缘分布；而在降水模型中，火星源头水系分布更为广泛，形成于低于行星平均地表至11000英尺（约3350米）以上的广阔海拔区间。

"冰盖融水仅在狭窄的海拔带内开始形成山谷，"斯特克尔解释道，"而分布式降水则能使源头水系在任何海拔形成。"

团队将这些预测结果与美国宇航局火星全球探勘者号（Mars Global Surveyor）和火星奥德赛号（Mars Odyssey）航天器的实际观测数据进行比对。包含降水因子的模拟结果更契合真实的火星地貌。

研究人员强调该结果并非火星古气候的最终定论——特别是火星如何保持足够温暖以支持降雪降雨仍不清楚。但海内克表示，这项研究为科学家理解另一颗行星（地球自身）的历史提供了新视角。

"一旦流水侵蚀停止，火星几乎被时间冻结，其现今地貌很可能与35亿年前的地球极为相似。"他说。