过去几十年来，科学界的一个热门话题是：在过去几百万年里，火星上是否存在或曾经存在液态水。尽管进行了大量研究，迄今仍没有得出确凿结论。如今，我们的国际团队又找到了一条证据。通过将火星卫星图像与地球上的泥石流进行比较， 我们发现，火星这颗红色星球上相对“近期”必定存在过流水， 也就是在过去一百万年内。
NASA“火星探测漫游者”勇气号发现的火星土壤。
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我与火星的（思想）之旅，始于21世纪初：当时我第一次看到火星全球勘测者号等探测器拍摄的火星表面精美的 高分辨率图像 。我以为那是地球沙漠的照片。当时我正在研究水、风、冰和火山活动如何塑造地球地貌，并意识到还有另一颗与我们自己的星球惊人相似的行星。从那以后，我便对火星着迷，尤其关注流水如何雕刻其表面。
倾角与水流
我们的新发现表明，这颗行星 可能比此前认为的更适宜居住。了解过去的水流也能为未来载人火星任务提供宝贵资源。不过，对我而言，这项研究最重要之处在于，它最终将引导我们更全面地理解行星（包括我们自己的行星）如何运作。
我们仍难以理解， 地球自转轴倾角 ——即自转轴与其绕太阳公转轨道平面之间的夹角，这一夹角带来了季节变化——的自然变化如何影响数万年至数十万年尺度上的气候。相似的时期内，火星自转轴倾角的波动要剧烈得多，因为它没有一颗大型卫星来稳定其轨道。我们的研究便以此为出发点。
我们发现，在自转轴倾角较大时，火星表面曾有足量的水流动，并在某些地点形成大型“碎屑流”。碎屑流是水、泥土和岩石混合形成的浆体，沿坡面奔涌而下；在地球上，这类现象可能极具危险性，通常由强降雨或火山活动融化冰雪所引发（也称火山泥流）。
我们研究了火星上一座名为“伊斯托克”的撞击坑内的碎屑流沉积物。陨石不断撞击火星（每年大约形成30个直径10米的撞击坑），因此我们可以通过统计撞击坑的数量来估算地表年龄——撞击坑越多，地表就越古老。我们运用这项 标准技术 估算出伊斯托克撞击坑形成于约一百万年前。由于碎屑流沉积物位于坑内，我们知道它们必定形成于伊斯托克撞击坑出现之后。我们还看到数百处彼此重叠的沉积物，这也说明曾多次发生水使地表饱和、进而触发碎屑流的情况。
我们利用从不同角度拍摄的两张伊斯托克卫星图像，制作了地形的高分辨率三维计算机模型（见图1），并将图像中的碎屑流与地球北极地区（如冰岛）的沉积物进行比较。令人惊讶的是，我们发现火星上这类水流发生的速率与地球相同。
冰岛的泥石流帮助我们追寻火星上的水。
图片来源：NERC ARSF，作者提供
如今火星气候寒冷干燥，水只以冰的形式存在（主要在冰川和冰盖中）， 也以水汽的形式存在，而非液态。我们的结果表明，若近期曾有水流动，火星自转轴倾角的波动必定引发了气候的巨大变化。
这项研究也帮助我们更全面地了解目前火星上“类地球”的 冰期—间冰期循环 如何运作。和地球上一样，这些循环发生在行星自转轴倾角变化时。倾角增大时，冰盖便会消失。火星目前处于循环的“冰期”阶段，水被困在冰中，因此不会形成液态水。地球上的冰会随倾角变化而融化，但火星上的水可能不会融化，而是进入大气，形成水汽和云。这些云可能带来降雪；我们认为，正是这些雪融化后引发了伊斯托克撞击坑中的碎屑流。
新鲜的沟壑
我们还在火星表面的许多其他地点发现了与伊斯托克碎屑流形成的沟壑相似的地貌。但不知为何，这些沟壑看起来没有那么新。伊斯托克撞击坑是否有某种特殊之处，使其在过去一百万年里的“天气”状况不同于火星其他地方？我们是否忽略了伊斯托克的另一种水源——也许来自地下？对我而言，研究几乎总会带来新的、有趣的问题，正是这一点让我不断回到火星研究中。
这项研究之后，我今后一定会更加关注地球上因融雪或融冰而产生碎屑流的地貌，并通过实验室实验研究火星独特的环境如何影响碎屑流的行为。我非常希望科学家们能继续发表有关火星水的论文，并借此更好地了解行星表面如何在气候系统变化下演变。
本文最初发表于 《The Conversation》。请阅读 原文。发表本文并不代表世界经济论坛认可其中观点。
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作者： Susan Conway 是 英国开放大学的博士后研究助理。
图片：一名男孩站在墙边，墙上投影着火星图像。路透社/Ali Jarekji。
