火星上曾有過河流嗎？

1877年，義大利天文學家「斯基亞帕雷利」（Schiaparelli）在通過望遠鏡觀測火星時發現，火星表面存在著一系列縱橫交錯的直線狀網絡。他根據觀測結果繪製了一幅詳細的火星表面溝渠分布圖，當時這些溝渠被稱為「火星運河」。

「斯基亞帕雷利」繪製的火星表面特徵圖（圖片來源：維基百科）

近年來，人類的深空探測技術飛速發展，大量火星探測數據以及具有極高解析度的火星表面圖像被記錄下來，人們眼中火星的真實面貌也逐漸清晰了起來。這時，人們驚奇地發現，火星表面不但確實存在著許多峽谷和溝渠，其中不少還保留著大量流水衝刷的痕跡。

「水手谷」（Valles Marineris）太陽系最大、最長的峽谷，位於赤道附近，長3760公裡（圖片來源：NASA）

火星上有幾種「運河」？

在太陽系內，只有火星與地球一樣，表面發育了大量的河道，保留了大量流水衝刷的痕跡。根據其形成年齡和表面特點，可劃分為三種水流地貌類型，即網狀河谷、外流河道和衝溝[1]。

網狀河谷是最古老的一類水流地貌，其寬度不超過幾公裡，但是長度卻可達上百甚至上千公裡，深度一般為50~200米，形態類似於地球上乾旱區的樹枝狀河流系統。網狀河谷的典型特徵是具有陡峭的巖壁，並且大部分區域都具有短而粗的分支。網狀河谷主要在火星南部古老的諾亞紀地體上，而較年輕的北部平原則難覓其蹤跡，由此可以推斷這些網狀河谷非常古老，至少有38億年的形成歷史[1]。

火星表面較大的網狀河谷分布圖（圖片來源：《火星科學概論》）

位於霍頓撞擊坑（Holden Crater）附近的網狀河谷（圖片來源：維基百科）

外流河道是災難性洪水形成的河道，寬度變化很大，從小於1公裡到幾百公裡都有，河道中常見淚滴狀孤島。外流河道形成於火星歷史的較晚期，但也有上億年甚至數十億年的歷史。最大的外流河道為長達1580公裡的「卡塞谷」（Kasei Vallis），其出口處超過400公裡寬，深度超過2.5公裡。「火星探路者」著陸於「克裡斯」平原南部的一個衝刷地帶，那裡被認為是典型的外流河道的形貌。

火星上最大的外流河道「卡塞谷」（圖片來源：維基百科）

衝溝，這是火星上最有爭議的水流地貌，具有小型、線性的年輕侵蝕特徵，並切入到陡坡之中。衝溝的寬度為幾米到幾十米，長度上百米，要比網狀河谷小得多。它們大多分布在南半球中緯度地區的陡立斜坡上，表面無撞擊坑分布或撞擊坑較少，因此推測其形成時期相對較晚。

部分衝溝分布在撞擊坑和地塹的側壁上，被認為與在火星早期氣候環境下存在了成千上萬年的積雪融冰有關，並且它們的形態在逐年發生變化，預示著某些強烈地質作用過程的發生。

凱撒撞擊坑壁上的衝溝圖（圖片來源：NASA）

火星上的「河道」意味著什麼？

科學家對這些特徵是如何形成的產生了濃厚興趣，並開展了大量的研究，主要從這些形貌特徵去反演或研究火星水體活動的演變。

科學家們普遍認為在火星形成之後不久，其表面是溫暖、溼潤和有大量流水的。水流在流動的過程中攜帶大量泥沙，並推動河底礫石，具有侵蝕作用和搬運能力，對火星形貌的形成具有一定改造能力。

一系列的科學問題依然困擾著我們：

火星早期存在多少水？

火星表面水不斷減少，這些水哪去了？

火星表面水的酸鹼度和化學組成如何演化？

火星表面水如何與大氣相互作用，並通過電離層逃離火星？

火星地下凍土和冰川的水量如何估計？

火星地下水系統如何形成及特徵是什麼？

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相信隨著對火星的不斷探索，終有一天我們會得到答案。