在一項新的研究中，科學家們發現火星隕石坑斜坡上的溝壑可能是由火星表面和地下冰層的融水斷斷續續形成的。布朗大學研究人員領導的一項研究提供了新的見解，揭示了融化的冰水是如何在火星撞擊坑兩側溝壑狀通道的形成過程中發揮作用的。

美國宇航局火星勘測軌道飛行器上的高分辨率成像科學實驗（HiRISE）相機拍攝的Terra Sirenum 及其溝壑的圖像。圖片來源：NASA/JPL/亞利桑那大學

這項研究最近發表在《科學》（Science）雜誌上，研究重點是火星上的溝壑，這些溝壑與地球上南極洲乾穀（Dry Valleys of Antarctica）形成的溝壑極為相似，都是冰川融化的水侵蝕造成的。包括布朗行星科學家吉姆-海德（Jim Head）在內的科學家們建立了一個模型，該模型模擬了當火星上的條件允許火星變暖超過冰點溫度時的甜蜜點，當火星表面和地下的冰融化時，火星上就會出現液態水時期。

研究人員發現，當火星的軸線傾斜到35 度時，大氣的密度就會變得足夠大，從而在溝壑位置出現短暫的融化現象。隨後，他們將模型中的數據與火星曆史上的一些時期進行了比對，據信當時火星上的Terra Sirenum地區的溝壑從高海拔點迅速向下擴展–如果沒有水的偶爾出現，這種現像是無法解釋的。

布朗大學地質科學教授海德說：”我們從自己和其他人的大量研究中得知，在火星曆史的早期，地表有流水，有山谷網絡和湖泊。但是大約30 億年前，所有的液態水都消失了，火星變成了我們所說的超乾旱或極地沙漠。我們在這裡表明，即使在那之後和最近的過去，當火星的軸傾斜到35度時，它的溫度也足以融化冰雪，使液態水重新出現，直到溫度下降，液態水再次凍結。”

這些發現有助於填補關於這些溝壑如何形成的一些空白，包括溝壑的起點有多高，侵蝕有多嚴重，以及溝壑沿著隕石坑側面延伸多遠。

以前的理論認為，火星溝壑是由二氧化碳霜造成的，二氧化碳霜會從土壤中蒸發，導致岩石和碎石從斜坡上滑落。這些溝壑的高度讓許多科學家推測，冰川融水一定與此有關，因為它們沿著山坡滑下的距離很遠，而且溝壑看起來被侵蝕得很厲害。由於火星上的液態水消失已久，要證明火星上可能存在液態水一直是個難題，因為火星上的溫度通常徘徊在冰點以下70 度左右。

新研究的結果表明，溝壑的形成是由冰融化期和一年中其他時間的二氧化碳霜蒸發所驅動的。研究人員發現，在過去的幾百萬年裡，這種情況可能反復出現，最近一次出現在大約63 萬年前。

他們說，如果當火星的地軸傾斜到大約35 度時，在他們所觀察的地區的溝壑位置存在冰，那麼冰融化的條件就會成熟，因為溫度會上升到273 開爾文度以上，相當於大約32華氏度。

該研究的第一作者、布朗大學前研究員傑伊-迪克森（Jay Dickson）說：”我們的研究表明，在過去的一百萬年裡，液態水能更好地解釋全球溝壑的分佈。水能以二氧化碳無法解釋的方式解釋溝壑的海拔分佈。這意味著火星在過去的一百萬年裡已經能夠產生足夠體積的液態水來侵蝕溝壑，這在火星地質歷史的尺度上是非常新的” 。

儘管研究人員對融水的可能性表示懷疑，科學家們也從未能模擬出火星上冰融化的合適條件，但他們堅信融水理論是準確的，因為他們曾在南極洲親眼目睹過類似的地貌。在南極洲，儘管氣溫很低，但太陽的熱量足以使冰融化，並產生溝壑活動。

南極乾穀上萊特谷溝壑形成的延時攝影。圖片來源：布朗大學吉姆-海德提供的視頻

這項新研究是該團隊幾十年前開始的火星溝壑研究的延續。例如，在2015年的一項研究中，研究人員表明，如果火星軸線傾斜度足夠大，火星上過去有可能存在水形成溝壑的時期。這些發現促使他們建立了傾斜度模型，並將其與已形成的溝壑的位置和高度相匹配。

這篇論文重新提出了火星上是否可能存在生命這一根本問題。這是因為地球上的生命與液態水的存在息息相關。研究人員說，火星最終將再次傾斜到35 度。

“早期溫暖潮濕的火星和我們今天看到的液態水火星之間會不會有一座橋樑呢？”海德說。”每個人都在尋找有利於生命形成、保存和延續的環境。任何可能在火星早期進化的微生物，都會在冰層中生存，然後在液態水中生存或繁衍。例如，在寒冷的南極環境中，為數不多的生物往往處於停滯狀態，等待著水的到來”。

這項研究還介紹了這些溝壑在未來火星探測任務中作為潛在目標的重要性。