人类登陆火星的计划正在推进。今年，美国总统唐纳德・特朗普（Donald Trump）在就职演说中提及此事。这场史诗般的探索或许能解答关于火星的根本谜题，尤其是那个终极之问：火星曾孕育过生命吗？如今火星上是否仍有生命残存？

这些问题的核心，在于火星液态水的存在状态 —— 这团“生命之源”，究竟在火星上如何分布？如今已确凿无疑：火星曾有过流动的水。但水量有多大？水的成因是什么？这些问题仍然存在争议。更具争议性的是：如今，火星上是否仍可能存在潜藏的液态水。

布鲁斯・雅各斯基是科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家，近 50 年来，他一直致力于火星研究 —— 从深层内核到地表形态。他曾在本科期间参与了 1976 年的“海盗号”任务，此后参与了多项 NASA 的火星项目。Knowable Magazine对他展开采访，该采访主题也是他近期为地球与行星科学年度评论（Annual Review of Earth and Planetary Sciences）所撰写的文章的相关内容。（注：访谈内容经精简编辑，旨在简化篇幅，使其言简意赅。）

人类对火星水的认知经历了怎样的演变？

大约在上个世纪之交，天文学家珀西瓦尔・洛厄尔（Percival Lowell）通过分析提出，火星上存在运河，且运河必定是由智慧生命建造的。他的理论登上纽约时报头版，那个时代与现在截然不同，讨论焦点不在于是否存在运河或智慧生命，而是这些生命可能是什么形态，人类又该如何与这些火星生物沟通。

他的观点始终未被天文界接受。人们一直认为那些所谓的“运河”属于视觉错觉 —— 火星地表某些纹路相连，形成了类似直线的假象。当探测器最终抵达火星，我们并未发现任何与洛厄尔运河图相吻合的地貌特征。

从 20 世纪 40 年代开始，天文学家通过观测，逐渐揭示了火星环境的真实面貌。1965 年，首艘探测器掠过火星时，我们测定其大气压仅约 6 毫巴，平均气温低至零下 50 摄氏度。这表明液态水无法在火星上稳定存在。如果把一桶水放在火星表面，水过一会儿就会冻结或蒸发。

这些发现彻底终结了“火星是一颗温暖湿润的星球”的幻想。但这并未消灭火星可能存在生命的希望。

火星探测任务并未发现外星人建造的运河，但却发现了许多看起来像是液态水侵蚀形成的地貌。最近，有新闻报道了“好奇号”探测器在 2022 年拍摄的图像。该图像显示，古代无冰湖泊留下了波纹状痕迹。最新的报道还提到，探测发现了古代海洋的沿海沉积物痕迹。

距今 43 亿至 35 亿年前存在液态水的证据已极具说服力。我们在撞击坑内发现了数百个古代湖泊的遗迹。最确凿的证据来自耶泽罗陨石坑。在坑中，水流进入湖泊时沉积了一片三角洲，形成了由水携带的沉积物扇形堆积。

我们还发现了山顶冰川、类似河流支流的河谷网络，同时还有证据表明水从地壳内部喷涌而出，形成了灾难性洪水的冲刷通道。这些洪水释放了大量的水。此外，火星上的某些矿物也需要水的参与才能形成。

大约 30 亿到 40 亿年前的火星是什么样子？

当时的温度一定足够高，可以让液态水存在。但我们并不清楚具体温度有多暖，变暖原因亦成谜。不过除此之外，我们对那时的火星环境还是很了解的（笑）。

要让星球升温，温室气体必不可少，而二氧化碳就是强效温室气体。因此我们推测，远古火星大气中必定含有更高浓度的二氧化碳。然而，40 亿年前，太阳的亮度比现在低 30%。在计算机模拟中，即使在大气中加入更多的二氧化碳，也无法将温度提升到足够高。因此模拟中需要引入另一种温室气体 —— 目前我们处于“先选定气体，再计算所需浓度，最后验证可行性”的阶段。

此外，火星自转轴倾斜角度会随时间变化。这对气候产生了什么影响？我们尚不清楚。

火星历史总水量有多少？

根据我 2024 年的论文计算，若将火星历史上所有水汇聚起来，可在地表形成 380 至 1970 米厚的均匀水层。相比之下，地球上的水总量可以形成一层 1400 米厚的水层。不过，该类比并不完全公平。火星的计算包括了所有时期的水，而这些水并非同时存在于地表。而在地球上，大部分水至今仍储于海洋中。

远古火星虽比现在湿润得多，但即便在最湿润时期，火星的地表仍可能非常干燥。在这些布满径流的河谷网络中，每平方公里的河道密度其实与地球上最干旱地区（如撒哈拉沙漠）相当。

冰川状地貌 —— 在两个山脊间，大量物质似乎曾向下流动，形成冰川状地貌（Glacier-like features），这暗示火星中纬度地区过去可能存在冰层堆积。图片来源：美国国家航空航天局 /喷气推进实验室-加州理工 / 亚利桑那大学

那么今天的火星上还剩多少水？

如今，火星上的水主要以冰的形式存在。在火星的两极，轨道探测器观测到几公里厚的冰层。通过光谱仪可以确认这是水结成的冰，雷达也能观察到其结构。如果把这些冰均匀地铺满整个火星，可形成 20 至 30 米厚的冰层。此外，中纬度地区也发现少量冰。

火星大气中还有微量水蒸气，其含量比地球上的水蒸气低数个数量级。但这些水蒸气可以形成云层，影响温度和气候。火星上有一个完整的水循环系统：可以降雪，但温度过低，无法形成降雨。

最大的未解之谜是：火星地壳深处是否存在水。我们认为水应该存在，因为这些水可能从早期湿润环境中渗入地壳（类似于地球上的情况）。我们可以估算其潜在储量 —— 可能占火星总水量的半数，但尚未确认。

火星上的水都去哪了？

从那些大型洪流通道中流出的水最终汇聚到北半球低地，本可形成巨型湖泊。但其结局尚不清楚。是蒸发殆尽，还是冻结后被尘土掩埋？我们不得而知。

数十亿年前就存在于火星表面的大量的水已经被矿物吸收。通过计算得出，至少相当于 110 米厚的全球水层（若均匀铺开）已流失到太空。

为什么火星上有大量的水流失到太空中？

我们曾认为，主要原因是火星失去了磁场，导致大气层流失，从而使水被剥离到了太空中。但是现在我们知道，该机制远比想象中更复杂。目前，我们仍在试图弄清水流失的细节。

当今火星上还有液态水存在吗？

这正是关键问题。在中低纬度地区，我们认为土壤中可能存在微量的液态水。这些水可能由矿物固定。在 20 世纪 90 年代，“凤凰号”探测器着陆火星时，曾在着陆过程中扬起的尘土中探测了水滴。但这些水的含量远远低于地球生命所需的水平。

火星地下可能存在卤水。但低温环境下，需要高浓度的盐分，以及特定的盐类成分组合，才能让液态水在表面保持稳定。由于我们尚未检测到这些卤水的存在，因此无法确定其具体性质。