目前火星的寒冷和干旱条件与其过去数十亿年前拥有河流和湖泊的状态形成了鲜明对比，这一谜团长期以来吸引了科学家的关注。哈佛大学的研究人员现在认为，他们找到了一个合理的解释，阐明了温暖、潮湿的古代火星的存在。
扩展了之前描绘古代火星经历加热和冷却周期的理论，哈佛约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的一个团队识别了使火星在早期历史中保持足够温暖以支持水和潜在生命的化学过程。
NASA萨根博士后研究员、发表在《自然地球科学》上的新研究的主要作者丹尼卡·亚当斯表示，“考虑到火星距离太阳较远，并且早期太阳的亮度较低，理解火星上液态水的存在一直是一个谜。”
最初，科学家认为氢是与火星大气中的二氧化碳混合的关键元素，触发温室变暖事件。然而，由于大气中的氢存在周期较短，因此需要进行更全面的分析。
亚当斯与SEAS的环境科学与工程戈登·麦凯教授罗宾·沃兹沃斯及其团队进行的光化学建模，类似于现代跟踪空气污染物的方法，以探讨古代火星大气与氢的相互作用及其随时间的演变。
沃兹沃斯表示，“早期的火星就像一个失落的世界，但如果我们提出正确的问题，就可以详细拼凑出它的面貌。这项研究首次将大气化学和气候科学结合在一起，提供了一些显著的新预测，这些预测可以在我们将火星岩石带回地球后进行测试。”
亚当斯使用了一种名为“动力学”的模型，模拟各种气体，包括氢，如何与地表和大气反应，以确定火星的早期气候。
她的研究表明，在火星的诺亚纪和赫斯佩里纪时期，大约在40到30亿年前，这颗行星经历了每个约4000万年的温暖时段，其中个别温暖时期延续超过10万年。这些发现与今天观察到的火星地质特征相一致。温暖、潮湿的阶段由地壳水合驱动，地表吸收的水释放出足够的氢，在数百万年内积累在大气中。
随着火星在温暖和寒冷气候之间循环，其大气化学也发生了变化。在温暖时期，二氧化碳（CO2）会被阳光不断分解为一氧化碳（CO）。而在温暖期，CO可以再转化回CO2，使CO2和氢成为主要成分。然而，持续的寒冷会减慢这一循环过程，导致CO累积并产生还原的大气状态，即氧气减少。因此，火星大气的氧化还原状态随时间的推移发生了剧烈变化。
“我们已经确立了所有这些变化的时间线，”亚当斯说。“我们将所有这些组件整合到一个单一的光化学模型中。”
这项建模研究为温暖时期有利于前生物化学的条件提供了新的见解——这些化学是我们所知生命的基础，同时也突出了生命可能在寒冷和氧化阶段面临的挑战。亚当斯和她的团队正在开始通过同位素化学建模来调查这些变化的证据，打算将他们的发现与即将到来的火星样本回收任务的样本进行比较。
与拥有板块构造的地球不同，火星不变的表面直接连接到其遥远的过去，使其湖泊和河流的历史更加迷人。“这为行星如何随着时间的推移而演变提供了良好的案例研究，”亚当斯解释道。
亚当斯在加州理工学院攻读博士学位时启动了这个项目，该学院提供了她使用的光化学模型。这项研究得到了NASA和喷气推进实验室的支持。
