在一项新的研究中，科学家们发现火星陨石坑斜坡上的沟壑可能是由火星表面和地下冰层的融水断断续续形成的。布朗大学研究人员领导的一项研究提供了新的见解，揭示了融化的冰水是如何在火星撞击坑两侧沟壑状通道的形成过程中发挥作用的。
美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机拍摄的 Terra Sirenum 及其沟壑的图像。图片来源：NASA/JPL/亚利桑那大学
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这项研究最近发表在《科学》（Science）杂志上，研究重点是火星上的沟壑，这些沟壑与地球上南极洲干谷（Dry Valleys of Antarctica）形成的沟壑极为相似，都是冰川融化的水侵蚀造成的。包括布朗行星科学家吉姆-海德（Jim Head）在内的科学家们建立了一个模型，该模型模拟了当火星上的条件允许火星变暖超过冰点温度时的甜蜜点，当火星表面和地下的冰融化时，火星上就会出现液态水时期。
研究人员发现，当火星的轴线倾斜到 35 度时，大气的密度就会变得足够大，从而在沟壑位置出现短暂的融化现象。随后，他们将模型中的数据与火星历史上的一些时期进行了比对，据信当时火星上的Terra Sirenum地区的沟壑从高海拔点迅速向下扩展--如果没有水的偶尔出现，这种现象是无法解释的。
布朗大学地质科学教授海德说："我们从自己和其他人的大量研究中得知，在火星历史的早期，地表有流水，有山谷网络和湖泊。但是大约 30 亿年前，所有的液态水都消失了，火星变成了我们所说的超干旱或极地沙漠。我们在这里表明，即使在那之后和最近的过去，当火星的轴倾斜到35度时，它的温度也足以融化冰雪，使液态水重新出现，直到温度下降，液态水再次冻结。"
这些发现有助于填补关于这些沟壑如何形成的一些空白，包括沟壑的起点有多高，侵蚀有多严重，以及沟壑沿着陨石坑侧面延伸多远。
以前的理论认为，火星沟壑是由二氧化碳霜造成的，二氧化碳霜会从土壤中蒸发，导致岩石和碎石从斜坡上滑落。这些沟壑的高度让许多科学家推测，冰川融水一定与此有关，因为它们沿着山坡滑下的距离很远，而且沟壑看起来被侵蚀得很厉害。由于火星上的液态水消失已久，要证明火星上可能存在液态水一直是个难题，因为火星上的温度通常徘徊在冰点以下 70 度左右。
新研究的结果表明，沟壑的形成是由冰融化期和一年中其他时间的二氧化碳霜蒸发所驱动的。研究人员发现，在过去的几百万年里，这种情况可能反复出现，最近一次出现在大约 63 万年前。
他们说，如果当火星的地轴倾斜到大约 35 度时，在他们所观察的地区的沟壑位置存在冰，那么冰融化的条件就会成熟，因为温度会上升到 273 开尔文度以上，相当于大约 32 华氏度。
该研究的第一作者、布朗大学前研究员杰伊-迪克森（Jay Dickson）说："我们的研究表明，在过去的一百万年里，液态水能更好地解释全球沟壑的分布。水能以二氧化碳无法解释的方式解释沟壑的海拔分布。这意味着火星在过去的一百万年里已经能够产生足够体积的液态水来侵蚀沟壑，这在火星地质历史的尺度上是非常新的"。
尽管研究人员对融水的可能性表示怀疑，科学家们也从未能模拟出火星上冰融化的合适条件，但他们坚信融水理论是准确的，因为他们曾在南极洲亲眼目睹过类似的地貌。在南极洲，尽管气温很低，但太阳的热量足以使冰融化，并产生沟壑活动。
南极干谷上莱特谷沟壑形成的延时摄影。图片来源：布朗大学吉姆-海德提供的视频
这项新研究是该团队几十年前开始的火星沟壑研究的延续。例如，在2015年的一项研究中，研究人员表明，如果火星轴线倾斜度足够大，火星上过去有可能存在水形成沟壑的时期。这些发现促使他们建立了倾斜度模型，并将其与已形成的沟壑的位置和高度相匹配。
这篇论文重新提出了火星上是否可能存在生命这一根本问题。这是因为地球上的生命与液态水的存在息息相关。研究人员说，火星最终将再次倾斜到 35 度。
"早期温暖潮湿的火星和我们今天看到的液态水火星之间会不会有一座桥梁呢？"海德说。"每个人都在寻找有利于生命形成、保存和延续的环境。任何可能在火星早期进化的微生物，都会在冰层中生存，然后在液态水中生存或繁衍。例如，在寒冷的南极环境中，为数不多的生物往往处于停滞状态，等待着水的到来"。
这项研究还介绍了这些沟壑在未来火星探测任务中作为潜在目标的重要性。
