地质学家对关于火星的长期争论发表看法：数十亿年前，红色星球是温暖潮湿的还是寒冷干燥的？
访问古老的火星——一个意外温和的星球，天空中落下雪或雨，河流从山谷奔流而下，灌溉数百个湖泊。
来自科罗拉多大学博尔德分校的地质学家们的新研究描绘了一个相对温暖潮湿的红色星球，与我们今天所知的寒冷荒原大相径庭。研究小组的发现表明，猛烈的降水很可能滋养了数十亿年前塑造火星表面的许多山谷和河道网络——为行星科学的长期争论提供了新的证据。
这项研究由阿曼达·斯特克尔领导，她于2024年在科罗拉多大学博尔德分校获得地质科学博士学位，并于4月21日发表在《地球物理研究杂志：行星》上。
“你可以拉起谷歌地球的图像，比如犹他州，缩小比例，你会看到与火星的相似之处，”斯特克尔说，她现在在加州理工学院工作。
如今大多数科学家一致认为，在诺阿基亚时期，约在41到37亿年前，火星表面至少存在某些水。
但这些水源从何而来一直是个谜。一些研究者认为，古老的火星从未温暖潮湿，而始终是寒冷干燥的。那个时候，年轻的太阳只有当前亮度的大约75%。广阔的冰盖可能覆盖在火星赤道附近的高地，有时会短暂融化。
在新研究中，斯特克尔和她的同事们着手调查火星过去气候的温暖潮湿与寒冷干燥理论。研究小组利用计算机模拟探讨数十亿年前水是如何塑造火星表面的。他们发现，来自雪或雨的降水可能形成了今天火星上依然存在的山谷和河道模式。
“我们很难做出任何确定的陈述，”斯特克尔说道。“但是我们看到这些山谷在一个大范围的海拔上开始。仅凭冰很难解释这一点。”
两个红色星球的故事
今天的火星卫星图像依然显示出水在这个星球上的痕迹。
例如，在赤道附近，广阔的河道网络从火星高地蔓延，像树一样分支，最终流入湖泊，甚至可能是一片海洋。NASA的“毅力号”探测器于2021年着陆火星，目前正在探索杰泽罗陨石坑，这是一个古老湖泊的遗址。在诺阿基亚时期，一条强大的河流注入该地区，在陨石坑底部沉积下三角洲。
“你需要几米深的流动水才能沉积下那些巨石，”研究的资深作者、科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室（LASP）的科学家布赖恩·海内克说。
为了研究那段古老的过去，他与斯特克尔（现在也是“毅力号”科学小组的成员）基本上制作了火星部分区域的数字版本。
该团队利用最初为地球研究开发的计算机模拟或模型，进行研究的共同作者、科罗拉多大学博尔德分校地质科学系教授格雷戈里·塔克的工作。科罗拉多大学博尔德分校环境科学研究合作所（CIRES）研究科学家马修·罗西也参与了该研究。
研究人员使用该软件模拟接近火星赤道的合成地形上的景观演变。在某些情况下，研究小组将降水形成的水添加到该地形上。在其他情况下，研究人员则包含了融化的冰盖。然后，在模拟中，他们让水流动数万到数十万年。
研究人员检查了由此形成的模式，特别是火星支流山谷的源头在哪里出现。不同情况下产生了截然不同的星球：在融化的冰盖的情况下，这些山谷的源头主要在高海拔，大约在古代冰盖的边缘周围。而在降水的例子中，火星的水源更为广泛，形成的海拔从低于火星的平均地表到超过11,000英尺。
“这些冰盖中的水开始在狭窄的海拔带形成山谷，”斯特克尔说。“而如果你有分散的降水，你可以在任何地方形成山谷的源头。”
然后，团队将这些预测与NASA的火星全球勘测者和火星奥德赛航天器拍摄的火星实际数据进行了比较。包含降水的模拟结果与真实的红色星球更为接近。
研究人员迅速指出，结果并不是火星古代气候的最终定论——特别是这个星球如何保持足够温暖以支持雪或雨仍不清楚。但是海内克表示，这项研究为科学家提供了关于另一个星球的历史的新见解：我们自己的星球。
“一旦流动水的侵蚀停止，火星几乎冻结在时间中，可能仍然看起来很像35亿年前的地球，”他说。
