首个地质证据支持：地下水系统遍布整个火星

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在遥远的过去，火星这颗红色星球的表面深处曾有着大片相互连接的湖泊系统，支持这一说法的地质证据，终于首次被欧洲空间局（ESA）的火星快车（Mars Express）发现，不仅如此，在这一系统中有5个湖泊或许含有对生命来说至关重要的矿物质。

如今的火星，看起来是一个久旱的世界，但是这颗星球表面却显现出截然相反的迹象，让人确信曾有大量的水存在于整个火星。种种特有地质的形成都需要水的加持，例如支流河道和山谷，就在去年，火星快车还在火星南极之下探测到了一个液态水湖泊。

现在，一项新的研究揭示了远古火星上的地下水范围，而在此之前只有相应的预测模型。

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火星上曾经有水的流域分布
版权：Salese, F. et al. | Journal of Geophysical Research

“早期的火星其实是一个满是水的世界，但随着这颗星球的气候变化，火星表面的水逐渐减少，退化成地下湖泊和地下水。”该研究的第一作者弗朗切斯科•萨莱塞（Francesco Salese）说道，他来自荷兰乌特勒支大学（Utrecht University）。

“由于早期火星上水的规模和重要性一直受到学界的争议，于是我们在研究中探寻这些水的起源，并找到了第一个地质证据，来支持整个火星上都曾经存在地下水系统。”

萨莱塞和同事探究了火星北半球的24个封闭的陨石深坑，这些陨石坑的底部大约在火星“海平面”以下4千米的位置。（由于火星上并没有“海洋”，火星“海平面”的高度暂时由火星上的高地和大气压来定义。）

研究人员在这些陨石坑的底部发现了特殊的地质特征，只有在水存在的情况下才能形成。在大多数陨石坑中，这种地质特征都位于火星“海平面”以下4千米到5千米的深度，表明这些陨石坑曾经含有湖泊和水流，但随着时间的迁移，湖泊和水流都渐渐褪去消失了。

含水盆地随时间迁移的演化

版权：Salese, F. et al. | Journal of Geophysical Research

这些地质特征包括：陨石坑内壁上蚀刻的河道或水渠、地下水干涸后留下的山谷、被认为是水面升降而形成的暗淡曲折的三角洲、陨石坑内壁上由积水形成的一级级“梯田”，以及与水流有关的扇形沉积物。

我们曾假设在三十到四十亿年前，火星上曾存在海洋，而形成这些地质特征的水面恰好与假设海洋的海岸线高度一致。

“我们认为，这一假设海洋可能连接了布满整个火星的地下水系统。”研究的共同作者吉安•加布里埃莱•奥里补充道，他是意大利邓南遮大学（Università Gabriele D’Annunzio）行星科学国际研究学院院长。

“这些湖泊在大约三十五亿年前就已经存在了，可能与火星海洋在同一时期出现。”

火星快车

版权：ESA

火星上水的历史非常复杂，理解火星上是否曾有生命存在和火星上的水又有着千丝万缕的联系。如果火星上真的曾经存在生命，那么又是如何产生的，存在于何时何地呢？

该研究团队还在其中的5个陨石坑中发现了矿物质的迹象，这些矿物质和地球上生命的出现相关，包括各种黏土、碳酸盐和硅酸盐。这些发现同样支持了一个想法，那就是火星的这些陨石坑里曾经存在生命得以出现的条件。不仅如此，只有这5个陨石坑的深度足以和饱含水的火星地壳长时间接触，而支持这一说法的证据如今或许仍深埋于沉积物之下。

探索像火星陨石坑这样的地方，可能会揭示适宜古代生命存在的条件，因此和天体生物学任务高度相关，包括ESA和俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）联合执行的火星生命探测计划（ExoMars）。ExoMars 的微量气体探测轨道飞行器（ExoMars Trace Gas Orbiter）正在火星上空执行任务，下一个任务也将在明年启动，包括一个最近以罗莎琳德•富兰克林（Rosalind Franklin）命名的探测器，和一个表面科学平台，这个新的任务将对火星上寻找生命迹象的关键之处进行探究。

“这样的发现非常重要，有助于我们定位火星上最有可能发现生命迹象的区域。”德米特里•蒂托夫（Dmitri Titov）说道，他是ESA火星快车项目的科学家。

“尤其令人兴奋的是，在火星这颗红色星球上，火星快车任务成绩斐然，现在已能帮助到未来的探测任务，例如用不同的方式探究火星的ExoMars。多项任务共同努力能取得了不起的成功，这就是一个很好的例子。”

附：火星快车于2003年6月2日发射升空，到去年为止已经在太空中执行了 15 年的任务。本文中提及的研究用到的观测结果来自 ESA火星快车上高分辨率立体摄像机（High Resolution Stereo Camera，HRSC）、NASA 高分辨率成像科学实验（High Resolution Imaging Science Experiment，HiRISE），以及NASA火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）外的背景相机。数字地形模型的建立基于来自 HRSC和NASA火星轨道飞行器激光高度计（Mars Orbiter Laser Altimeter）的数据。

参考：
[1]https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/First_evidence_of_planet-wide_groundwater_system_on_Mars
[2] https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018JE005802