火星曾經是一個潮濕的世界。紅色星球的地質記錄顯示，從河流三角洲到被巨大山洪沖刷過的山谷，都有水在地表流動的證據。但一項新的研究表明，無論古代火星表面降雨量有多大，滲入火星南部高地含水層的雨水卻很少。

德州大學奧斯汀分校的研究生利用一系列方法–從電腦模型到簡單的信封背面計算–對含水層的地下水補給動態進行建模，從而發現了這一發現。

2021年8月阿聯酋火星任務拍攝的火星真面目。圖片來源：Kevin M. Gill

火星上的地下水補給

無論複雜程度如何，結果都趨於一致–平均每年地下水補給量只有微不足道的0.03 毫米。這意味著，在模型中，無論哪裡降雨，平均每年只有0.03 毫米的雨水可以進入地下蓄水層，並且仍然形成今天地球上的地形。

相較之下，為聖安東尼奧供水的特尼狄和愛德華茲-特尼狄高原含水層的地下水年補給率一般為每年2.5 至50 毫米，約為研究人員計算的火星含水層補給率的80 至1600倍。

第一作者、傑克遜地球科學學院博士生艾瑞克-希亞特（Eric Hiatt）說，地下水流速如此之低有許多潛在原因。下雨時，水可能主要以徑流的形式衝過火星地表。也可能根本沒下什麼雨。

對火星氣候和探索的影響

這些發現有助於科學家確定早期火星上能夠產生降雨的氣候條件。這些發現也表明，紅色星球上的水環境與今天地球上的水環境截然不同。

希亞特說：『事實上，地下水並不是一個重要的過程，這可能意味著還有其他東西在起作用。這可能放大了徑流的重要性，也可能意味著火星上沒有下那麼多雨。但這與我們在地球上思考[水]的方式有著根本的不同。”

這項研究成果發表在《Icarus》雜誌。論文的共同作者是傑克遜學院的博士生穆罕默德-阿夫扎爾-沙達布（Mohammad Afzal Shadab），以及學院教師肖恩-古利克（Sean Gulick）、蒂莫西-古奇（Timothy Goudge）和馬克-赫塞（Marc Hesse）。

主要作者、德州大學奧斯汀分校傑克遜地球科學學院博士生艾瑞克-希亞特（Eric Hiatt）與火星地球儀。圖片來源：德州大學奧斯汀分校/傑克遜地球科學學院

研究中使用的模型是透過模擬地下水在”穩定狀態”下的流動，在這種狀態下，流入含水層的水和流出含水層的水是平衡的。然後，科學家改變影響水流的參數，例如降雨地點或岩石的平均孔隙率，並觀察要保持穩定狀態還需要改變哪些變量，以及這些費用的合理性。

雖然其他研究人員已經使用類似技術模擬了火星上的地下水流，但這個模型是首次將30 億多年前火星表面的希臘、阿爾蓋爾和伯勒里斯盆地中存在的海洋的影響納入其中。

這項研究還納入了衛星收集的現代地形資料。希亞特說，現代地形仍保留著地球上最古老、最具影響力的地形特徵之一–北半球（低地）與南半球（高地）之間的極端高差，即所謂的”大二分法” 。二分法保留了過去地下水上湧的跡象，即地下水從含水層上升到地表。研究人員利用這些過去上升流事件的地質標記來評估不同的模型輸出結果。

在不同的模型中，研究人員發現每年0.03 毫米的平均地下水補給率與已知的地質記錄最為吻合。

這項研究不僅僅是為了了解紅色星球的過去。它對未來的火星探索也有影響。希亞特說，了解地下水流有助於知道今天在哪裡可以找到水。無論你是在尋找遠古生命的跡象，還是在努力維持人類探險者的生命，抑或是在製造火箭燃料返回地球家園，知道水最有可能在哪裡都是至關重要的。

編譯自: ScitechDaily