儘管火星目前是一片寒冷、乾燥的景象，但卻隱藏著令人信服的跡象，表明火星的過去較為潮濕，潛在的地下水源可以支持生命或未來的人類殖民地。研究表明，火星上有古老的河流和湖泊，兩極有冰凍的水，還有顯示有大量水存在的礦物質。這些發現為尋找生命提供了依據，也為未來的火星探測計畫提供了資訊。

這張藝術家的印象圖展示了大約40 億年前火星的樣子。年輕的火星本來有足夠的水覆蓋其整個表面，形成深約140 公尺的液態層，但更有可能的是，這些液體匯集在一起形成了一個海洋，幾乎佔據了火星北半球的一半，有些區域的深度甚至超過了1.6 千米。圖片來源：ESO/M.Kornmesser

儘管火星表面目前寒冷乾燥，但大量證據表明，這顆紅色星球曾經部分被水覆蓋。研究人員推測，火星在潮濕的時候可能已經進化了生命，而生命現在甚至可能就隱藏在那裡的地下含水層。

西班牙天體生物學中心和紐約州伊薩卡康奈爾大學的天體生物學家阿爾貝托-費恩說：”在地球上，水意味著生命。今天的火星表面非常乾燥，但有很多線索表明火星的過去要濕潤得多。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的科學家已經確定，火星上的一個原始海洋擁有比地球北冰洋更多的水，而這顆紅色星球上的水已經有87%流失到太空中。圖片來源：NASA/GSFC

火星上的水對美國國家航空暨太空總署天體生物學計畫以外的研究領域也有重要影響。即使火星上不再有生命存在，或者火星上本來就不存在生命，水仍然可以證明對未來火星上的生命，即在這顆紅色星球上建立人類殖民地至關重要。水不僅可以用來飲用，還可以用來抵禦輻射，當水分裂成氫和氧時，還可以當作燃料。火星上過去、現在和未來生命的前景意味著，美國國家航空暨太空總署有關這顆紅色星球的許多研究都集中在它的水上。

幾十年來，大量研究表明，數十億年前，河流、湖泊和海洋曾經覆蓋過火星。例如，2015年，火星大氣層中的水地圖顯示，火星曾經擁有的水量可能足以覆蓋火星五分之一的面積。此外，在2015年的另一項研究中，研究人員指出，一些火星鵝卵石的形狀表明，它們曾經沿著河流滾動數十英里，這暗示著火星遠古時期的水道是穩定的，而不僅僅是轉瞬即逝的溪流。

對火星岩層的分析表明，早期較深的岩層很可能是在火星有豐富、較新鮮的水時形成的，而後來靠近地表的岩層則表明”火星是一個乾旱的星球，只有一灘灘的滷水，最後形成了我們今天看到的極度乾旱的沙漠”，費恩說。

如今火星上的大部分水可能都被冰封在極冠中。位於巴吞魯日的路易斯安那州立大學的行星科學家蘇尼蒂-卡魯納蒂拉克（Suniti Karunatillake）說，如果所有這些水冰都融化的話，據估計，這顆紅色星球大小的球體可能會被大約100 英尺（30 公尺）的水覆蓋。

冰凍水可能不僅存在於火星兩極的高緯度地區，也存在於中緯度地區。例如，2015 年，科學家發現，在火星赤道和北極之間的地表下，埋藏著一塊巨大的冰層，其面積相當於加州和德州的總和，並且覆蓋著一層塵埃保護層。

火星北極冰蓋透視圖及其形成螺旋狀圖案的獨特暗槽。此視圖基於歐空局火星快車拍攝的影像，並利用美國太空總署火星全球勘測者任務上的火星軌道雷射測高儀（MOLA）的高程資料產生。圖片來源：ESA/DLR/FU Berlin；NASA MGS MOLA 科學小組

火星上還有以水合礦物形式存在的水，即與水發生化學結合的礦物。未來的火星載人任務可以透過加熱水合礦物來提取這些水。

火星上有多種類型的水合礦物，從黏土和碳酸鹽到種類繁多的硫酸鹽和氯化物。費恩說：「黏土和碳酸鹽可能表示存在大量的水，這些水可能對生物有益，因為它們不應該太酸或太鹹。黏土和碳酸鹽通常與撞擊坑、峽谷和斷層相關聯，這表明它們非常古老，可能是由地下過程形成的，最終在侵蝕作用下暴露在地表。

相較之下，硫酸鹽和氯化物的形成只需要”少量的水，通常是鹹的和酸的”，不過，儘管硫酸鹽和氯化物因此可能並不表明水量豐富，但”地球上的微生物也能在這樣的環境中茁壯成長–我們稱之為’嗜極生物'”。

美國太空總署火星探測計畫首席科學家、天體生物學家麥可-邁耶說：「在過去15年的探測中，最大的驚喜是火星上的水存量比我們想像的要多得多。我們在兩極發現了水，在中緯度地區也看到了水。

火星海爾隕石坑斜坡上反覆出現的”線狀物”。這張經過處理的假色視圖中的成像和地形資訊來自美國太空總署火星勘測軌道飛行器上的高解析度成像科學實驗（HiRISE）相機。資料來源：NASA/JPL/亞利桑那大學

現在，火星表面非常乾旱，因為空氣太稀薄，液態水無法長期存在。這顆紅色星球的大氣壓力大約只有地球的1/100，在如此稀薄的空氣中，水很容易沸騰。不過，火星斜坡上的深色窄線暗示，水可能會定期從這些地層中流下。

圖森市亞利桑那大學的行星科學家阿爾弗雷德-麥艾文（Alfred McEwen）說，這些深色條紋–被稱為”重現斜坡線”（recurring slope lineae，或RSL）–偏愛火星幾乎無塵區域的陡峭斜坡。他指出，雖然南半球的火星也有RSL，但RSL在馬林里斯谷等北部地點非常多。

卡魯納蒂拉克說，2016年的一篇論文提出，RSL是由混在土壤中的微量鹽水或鹹水驅動的。鹽能降低水的沸騰溫度，幫助水即使在火星上也能保持液態。

不過，最近的這些發現也表明，產生RSL 所需的水量比以前假設的要少。此外，這種水的壽命可能很短，因此對於火星上可能存在的任何微生物來說都不是理想的環境。

在火星上的霍洛維茨隕石坑等地，順坡而下的深色狹窄條紋可能是現代火星上的季節性水流形成的。這些條紋大約有一個足球場那麼長。這張處理過的照片中的成像和地形資訊來自美國太空總署火星勘測軌道飛行器上的高解析度成像科學實驗（HiRISE）相機。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/亞利桑那大學

相反，在火星上找到大量水的最佳地點可能是地下蓄水層。卡魯納蒂拉克說，對NWA7034等火星隕石的分析暗示了火星地殼中的含水層，這些隕石是被宇宙撞擊炸飛後降落到地球上的火星岩石。

梅耶爾說：「如果人們對液態水感興趣的話，火星上最明顯的選擇就是地表下層。從理論上講，火星深處的溫度足以讓水保持液態，水會自然流到那裡並聚集起來。

由於火星的地表重力只有地球的三分之一多一點，因此它的地殼密度比地球低，孔隙比地球多。先前的研究表明，這意味著有更多的水可以滲漏到地下。麥艾文說：”我認為，火星地殼中很可能存在尚未探測到的深層水袋。不過，這些含水層並不淺，這些地下含水層可能位於地表以下數英里處。火星地幔中水蒸氣的火山爆發可能會間歇性地補充這些含水層。

根據美國太空總署火星全球勘測器上的火星軌道器測高儀資料繪製的塔爾西斯山和奧林帕斯山的陰影浮雕圖像。新數據表明，從奧林匹斯山開始，塔西斯山是一個接一個形成的，可能是由地表下的單一地函羽流運動形成的。資料來源：美國太空總署

熔岩管是凝固熔岩中的天然隧道，可能蘊藏著地下含水層。例如，在火星赤道附近的Tharsis凸起上的Arsia Mons火山或其附近就可能有熔岩管。卡魯納蒂拉克說：”考慮到熔岩管可能有多深，它們可能在遙遠的意義上類似於我們在夏威夷看到的那種含水層。熔岩管環境也可能有地熱熱源，可以驅動足夠高的溫度來保持水的液態”。

深洞系統也可能擁有地下蓄水層。馬林里斯谷（Valles Marineris）是沿著塔西斯隆起以東的火星表面延伸的一個峽谷系統，它擁有各種硫酸鹽，就像地球上一些擁有洞穴系統的地區一樣。這些洞穴可能會困住液態水。它們可以創造一個穩定的環境，幫助生命進化（如果有的話）。

如果火星上存在液態水的地下含水層，卡魯納蒂拉克建議將地面穿透雷達活動的重點放在有證據顯示古代含水層驅動洪水的地區。卡魯納蒂拉克說：”考慮到在地熱能的作用下，厚厚的冰層可以覆蓋其下的液態水，這些目標可能包括先前的研究表明存在地下冰層的地點。”

邁耶說：”雖然我們在環繞火星軌道上的資產沒有發現任何地下含水層，但我們隱隱懷疑我們只看到了上千米左右，因為雷達是一個挑戰。”

最終，揭示火星上水的演變過程可以讓人們深入了解地球和其他行星。地球上的板塊構造和其他基本地質活動都與海洋和地函中的化學結合水有關，了解火星上水的歷史有助於揭示水是如何影響這顆紅色行星的地質的。這與火星上是否會出現生物圈，或者類似地球的生命是否僅限於孤立的小塊區域（如果有的話）有著深刻的關係。

火星和地球曾經更加相似。我們可以透過觀察火星來檢驗我們對地球上類似過程的理解是否和我們所認為的一樣多。可以問這樣的問題：『生命是否在那裡開始，如果是，是什麼樣的，如果不是，缺少了什麼。 ‘在地球上回答這些問題的問題是，地球上生命的許多早期記錄已經被抹去，因此火星可能是幫助回答這些問題的關鍵。 “

編譯自/ ScitechDaily