数亿年来水可能在火星山谷中断断续续地流动

行星科学研究所的研究科学家亚历山大·摩根利用撞击坑作为测年工具，确定了由流水形成的火星山谷网络形成的最大时间尺度。

“今天的火星是一片全球沙漠，但它的表面保留了过去流动的水的广泛证据，包括看似河谷的东西。这些山谷形成的时间尺度对早期火星的宜居性具有重大影响，因为长期存在稳定的液态水将更有利于生命，”摩根说，他是《地球与行星科学快报》上发表的《火星山谷网络形成时代的新最大限制》的唯一作者。

火星山谷网络形成于30亿多年前，长期以来一直被认为是早期火星上存在液态水的最有力证据之一。先前的研究发现，侵蚀这些山谷至少需要数万年，但流动事件的频率以及山谷形成的总时间并没有受到限制。

“在这项研究中，我使用了早于和晚于山谷系统的陨石坑，对这些系统形成的时代设定了数亿年的最大界限。之前的工作只确定了最小时间尺度，因此这些新结果提供了一个上限火星山谷活跃的时间尺度，”摩根说。

“鉴于我们对早期火星侵蚀率的了解，较长的时间尺度意味着河流的条件是高度间歇性的，长期的干旱时期穿插着短暂的河流活动。”

研究早期火星的科学家历来倾向于陷入两个阵营之一：早期火星要么“温暖而潮湿”，有海洋，要么“寒冷而冰冷”，有巨大的冰盖。

“在过去十年左右的时间里，我们逐渐意识到这些描述过于笼统，试图将数亿年的气候历史浓缩成两个词的描述并没有真正意义。”摩根说道。

“与地球一样，早期的火星也很复杂，允许地表水存在的条件可能差异很大。地球在其整个历史中经历了巨大的气候变化——例如，2万年前，现在的芝加哥地区位于半英里的冰层之下——早期火星上的地表条件允许河流同样可能有增有减。”

结果表明，火星河流的侵蚀速度非常缓慢，类似于智利阿塔卡马沙漠的部分地区。一种解释是，河床上堆积的巨石可能抑制了侵蚀，而这些巨石无法进一步分解。

另一种解释是河流的流动频率非常低，可能只有0.001%的时间。这意味着火星上的河流通常是干燥的，但当火山活动或行星轴倾斜和绕太阳轨道的变化使火星表面变暖时，河流可能会变得活跃。这些长期的气候变化也发生在地球上(称为米兰科维奇循环)，并导致地球最近的冰川期。

“在较短的时间尺度上，河流流量受到降雨或上游融雪的控制。在较长的时间尺度上，地球上的河流受到气候变化的影响，”摩根说。“例如，2万年前，现在的内华达州有大型湖泊和较大的河流。火星河流也会以类似的方式运行，由于风暴或融雪而产生短期变化，而由于变化而产生长期变化在行星的自转和绕太阳公转的过程中。”