火星曾经是一个潮湿的世界。红色星球的地质记录显示，从河流三角洲到被巨大山洪冲刷过的山谷，都有水在地表流动的证据。但一项新的研究表明，无论古代火星表面降雨量有多大，渗入火星南部高地含水层的雨水却很少。
德克萨斯大学奥斯汀分校的一名研究生利用一系列方法--从计算机模型到简单的信封背面计算--对含水层的地下水补给动态进行建模，从而发现了这一发现。
2021年8月阿联酋火星任务拍摄的火星真面目。图片来源：Kevin M. Gill
火星上的地下水补给
无论复杂程度如何，结果都趋于一致--平均每年地下水补给量只有微不足道的 0.03 毫米。这意味着，在模型中，无论哪里降雨，平均每年只有 0.03 毫米的雨水可以进入地下蓄水层，并依然形成今天地球上的地貌。
相比之下，为圣安东尼奥供水的特尼狄和爱德华兹-特尼狄高原含水层的地下水年补给率一般为每年 2.5 至 50 毫米，约为研究人员计算的火星含水层补给率的 80 至 1600 倍。
第一作者、杰克逊地球科学学院博士生埃里克-希亚特（Eric Hiatt）说，地下水流速如此之低有多种潜在原因。下雨时，水可能主要以径流的形式冲过火星地表。也可能根本就没下什么雨。
对火星气候和探索的影响
这些发现有助于科学家确定早期火星上能够产生降雨的气候条件。这些发现还表明，红色星球上的水环境与今天地球上的水环境截然不同。
希亚特说："事实上，地下水并不是一个重要的过程，这可能意味着还有其他东西在起作用。这可能放大了径流的重要性，也可能意味着火星上没有下那么多雨。但这与我们在地球上思考[水]的方式有着根本的不同。"
该研究成果发表在《Icarus》杂志上。论文的共同作者是杰克逊学院的博士生穆罕默德-阿夫扎尔-沙达布（Mohammad Afzal Shadab），以及学院教师肖恩-古利克（Sean Gulick）、蒂莫西-古奇（Timothy Goudge）和马克-赫塞（Marc Hesse）。
主要作者、德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院博士生埃里克-希亚特（Eric Hiatt）与火星地球仪。图片来源：德克萨斯大学奥斯汀分校/杰克逊地球科学学院
研究中使用的模型是通过模拟地下水在"稳定状态"下的流动，在这种状态下，流入含水层的水和流出含水层的水是平衡的。然后，科学家改变影响水流的参数，例如降雨地点或岩石的平均孔隙率，并观察要保持稳定状态还需要改变哪些变量，以及这些费用的合理性。
虽然其他研究人员已经使用类似技术模拟了火星上的地下水流，但这一模型是首次将 30 多亿年前火星表面的希腊、阿尔盖尔和伯勒里斯盆地中存在的海洋的影响纳入其中。
这项研究还纳入了卫星收集的现代地形数据。希亚特说，现代地貌仍然保留着地球上最古老、最具影响力的地形特征之一--北半球（低地）与南半球（高地）之间的极端高差，即所谓的"大二分法"。二分法保留了过去地下水上涌的迹象，即地下水从含水层上升到地表。研究人员利用这些过去上升流事件的地质标记来评估不同的模型输出结果。
在不同的模型中，研究人员发现每年 0.03 毫米的平均地下水补给率与已知的地质记录最为吻合。
这项研究不仅仅是为了了解红色星球的过去。它对未来的火星探索也有影响。希亚特说，了解地下水流有助于知道今天在哪里可以找到水。无论你是在寻找远古生命的迹象，还是在努力维持人类探险者的生命，抑或是在制造火箭燃料返回地球家园，知道水最有可能在哪里都是至关重要的。
编译自:ScitechDaily