2004年，火星快車發現曾經的海岸線和沉積物：如今的火星表面類似于地球上的戈壁灘，是一片不毛之地。但已有證據顯示，火星上曾經兩度存在海洋。大約40億年前，隨著氣候逐漸變暖，埋藏在地下的大量冰融化后涌出地面，形成了最早的火星海洋。之后環境惡化，液態水逐漸退回并凍結于地下。另一次火星海洋則出現在30億年前。

　　2004年歐洲空間局發射的火星快車，獲得了火星的可見光圖像數據、礦物分析數據，以及大氣觀測結果，證明火星曾經有水。但是，曾經龐大的火星地表水體后來到哪里去了呢?

　　2012年2月，火星快車上的雷達探測結果展示了火星地表以下60~80米的情況，發現北部平原的地下存在一層低密度物質，可能是某種富含冰的沉積物。這層低密度物質讓人不由地聯想到地球海床中也有類似的沉積物。更重要的是，這層物質正好位于此前任務發現的火星海岸線以內。這說明火星干涸的北部平原在數十億年前可能是一片汪洋，如今的紅色行星可能曾經是一個藍色星球。

　　火星的北部平原在數十億年前可能是一片汪洋(左)，火星快車探測器發現的“海床”沉積物恰好位于火星的古海岸線以內(右)。

　　雷達探測在火星北部平原發現了一層低密度物質

　　2005年發射的火星勘測軌道器發現仍在流動的液態水：火星勘測軌道器的高分辨相機在火星表面發現了季節性坡紋，這是一種顏色較暗(即反射率較低)的狹長條紋，在火星表面相當活躍。Lujendra Ojha發現，當氣溫上升時，季節性坡紋開始形成并發育壯大，一般在：當氣溫下降天氣寒冷時，這些坡紋又會消失不見。即一般從春季開始出現，在整個夏季變得越來越明顯，到秋冬季節逐漸消失。由于季節性坡紋的光譜與水合鹽類物質的光譜具有相同的吸收特征，推測季節性坡紋中存在水合鹽類;最后，根據季節性坡紋中光譜監測到的水合鹽類含量的變化，可以確定這些季節性坡紋是由水流作用形成的。這說明，即便在遠低于零攝氏度的低溫下，火星上仍然存在富含高氯酸鹽的鹵水，并且具有一定流動性。

　　2008年，鳳凰號發現土壤中的水：2008年5月25日，鳳凰號在火星北半球的北方大平原著陸。它在北極附近的永久凍土帶采集和分析火星土壤樣本，進行了5個月的成功探測，首次證實火星上確實有水存在。鳳凰號還發現了火星土壤中含有高氯酸鹽，這是許多微生物賴以生存的化學物質。

　　鳳凰號著陸器有一個高溫爐和質譜儀的結合體——熱量和揮發氣體分析儀，用來分析火星土壤樣品。機械臂于2008年5月31日首次接觸火星土壤，挖掘的土壤樣品被送到該儀器的高溫爐中密封并加熱。當溫度加熱到0攝氏度時，質譜儀檢測到了水蒸汽，證實火星土壤中含有水冰。鳳凰號上的相機甚至在著陸腿上觀察到了露珠，說明火星大氣中含有水。當高溫爐持續加熱到1000攝氏度時，土壤中的其他揮發性物質會蒸發成氣體，通過惰性載體送到質譜儀，即可檢測到土壤中存在的微量有機分子。

　　2011年，好奇號發現黃刀灣淡水湖：2011年11月26日，美國發射了好奇號火星車，于2012年8月6日登陸火星。好奇號耗資26億美元，重899公斤，外殼寬4.5米。重量是機遇號和勇氣號的3倍，體積是他們的2倍，大致相當于一輛SUV汽車。

　　好奇號搭載了11種不同的科學儀器，是人類有史以來制造的體積最大、性能最高，也是最昂貴的火星車。好奇號著陸在火星蓋爾坑內中心山脈的山腳下，科學使命是探索火星在歷史上或如今的環境下是否適宜生命生存，為最終發現火星生命做準備。

　　2012年9月，好奇號發回了距離著陸點400米的“格萊內爾格”區域中古老河床礫巖層的圖像。這些圖像展示了礫巖中的石子大小和形狀。石子大小介于沙粒到乒乓球之間，其中不少是圓形的，很像是地球上河床底部的鵝卵石。石子的形狀和大小組合透露出它們是被水流長期沖刷、磨蝕而成的。若要沖刷形成這種尺寸的光滑鵝卵石，河流的水速應該為每秒0.2米至0.75米之間，水深在0.03米至0.9米之間。

　　2012年在蓋爾坑著陸后，好奇號發現著陸點附近有一個深達5米的溝槽，其中存在熱異常現象。好奇號對溝底的沉積巖進行了鉆探分析，結果證實36億年前那里曾經是一個至少存在了數萬年的湖泊，湖泊長約50千米，寬約5千米。湖泊遺跡所在區域被命名為“黃刀灣”。

　　科學家分析了從黃刀灣兩塊巖石樣本中提取的粘土，發現湖底區域的pH值呈中性，鹽度很低，說明黃刀灣曾經是一個淡水湖。而當時火星上的其它地區要么已經干涸，要么分布著含鹽量高、不適合生命存活的酸性湖泊。

　　好奇號在湖底沉積物中還發現了碳、氫、氧、硫、氮和磷等關鍵生命元素，表明黃刀灣理論上可以支持一些簡單微生物的生存，這些自養型的原核微生物能通過分解巖石和礦物獲取能量。在地球上某些洞穴和熱泉噴口，也經常可以見到這類微生物。

　　黃刀灣在蓋爾坑內的位置

　　好奇號火星車上的桅桿相機拍攝的照片顯示，蓋爾坑里的Glenlg區域分布著一系列沉積巖，圖中是在黃刀灣西北方向觀察到的情形。

　　黃刀灣的地質構造。好奇號所在的“羊床”(Sheepbed)是其中地勢最低的地方，它分別在John Klein和Cumberland兩點進行了鉆孔取樣。

　　黃刀灣的水體平靜，水質中性，擁有豐富的、生命所需的化學成分等，這些都是生命存活的重要條件，說明黃刀灣曾經是一個非常適合火星生命存活的湖泊(見2013年12月9日Science雜志)。雖然科學家還沒有掌握火星存在遠古生命的直接證據，但這無疑是火星生命搜尋過程中非常積極的突破性進展。

　　好奇號的主要任務是尋找火星上可能適宜生命生存的地質環境，火星車上并沒有配備可以直接探測生命跡象的工具，所以尋找有機碳就成為搜尋火星生命的重要途徑。在火星上高強度的宇宙射線照射下，有機碳在火星表面的保存時間有限。好奇號的鉆探設備可以鉆至5厘米深處的巖石樣本，有機碳在這一深度的巖石中可以保存7000萬年左右。下一步，好奇號將尋找化學條件更利于保存有機物、有機物含量較高、輻射暴露時間較短的巖石樣本。一旦好奇號檢測到有機碳，那將是火星曾經有過生命的直接證據。show4

　　參考文獻

　　A。Diez，Science 10.1126/science.aau1829(2018)。

　　R。Orosei et al。，Science 10.1126/science.aar7268(2018)。