ALH84001
來認識或許是下個地球的—火星(4)
機會號則是被控制行使到了一個被軌道器探測出有大量赤鐵礦的地區；赤鐵礦的形成經常是因為水。當機會號降落在這些沉積岩上，發現到許多可容易被觀測到的赤鐵礦小球。在這幾年觀測中，機會號傳回了大量火星古代可能有廣大面積被液態水淹沒的證據。
在2006年3月一個新聞記者會上，科學家們討論關於火星岩床和液態水的證據。他們提出了以下原因來解釋岩石中一些經過磨損後可見的小而長的空洞：這些空洞可能是所謂的「晶洞」。晶洞的形成是因為岩石基質內的結晶因為侵蝕作用而被移除留下。影像內的部分盤狀特徵內有某些種類的礦物，尤其是硫酸鹽類。此外，任務成員還公開了第一張由穆斯堡爾譜儀觀測岩床資料的光譜。從酋長岩（El Capitan）的鐵光譜中發現了黃鉀鐵礬。這種礦物含有氫氧化物離子，這指出了當礦物形成時水是存在的。微型熱幅射光譜儀（Miniature Thermal Emission Spectrometer，Mini-TES）觀測船長岩的資料發現了大量含有水的硫酸鹽類。
火星偵察軌道器的高解析度成像科學設備（High Resolution Imaging Science Experiment，HiRISE）拍攝了許多照片，這些照片提供了火星表面曾有大量液態水流動的證據。一個主要發現就是找到溫泉的證據。溫泉可能維持火星上的生命，而且可能保留火星古代生命的化石。
在2010年1月一篇《伊卡洛斯》的論文提到了水手號峽谷周邊地區有長期維持降水的強力證據。這區域的礦物形成都和水有關。同樣的，大量的小支流也指出有大量的降水，因為在地球上相同氣候條件的區域也出現類似地理特徵。
火星有些地方出現了倒轉地形（Inverted Relief）。在這些地方，河床的位置是比周圍高的，而非形成峽穀。這些倒轉的河道可能是因為大岩石的沉積或是鬆散物質凝結。在以上兩種情況下周圍區域的侵蝕將會形成遠離舊河道的山脊，可以增強對侵蝕的抵抗。以下由HiRISE拍攝的影像顯示了舊河道翻轉成彎曲的山脊。
在一篇2010年出版的論文，有許多科學家贊同在宮本撞擊坑尋找生命，因為倒轉的河道和礦物是以前水曾經存在的證據。研究人員利用來自火星全球探勘者號、2001火星奧德賽號和火星偵察軌道器資料找到了分佈很廣的氯化物鹽類礦物。氯化物通常是溶液溶解礦物最後的產物。以下一張影像顯示了在Phaethontis區一些沉積物的狀態。這些證據表示了這些沉積物是富含礦物的水蒸發後留下的。湖泊可能在火星表面大範圍存在。碳酸鹽、硫酸鹽和二氧化矽會在蒸發前先沉澱。硫酸鹽和二氧化矽已被火星探測車發現。氯化物鹽類存在的地區可能曾經有許多種生命形式。因此，這樣的區域可能保存遠古火星生命的遺跡。
火星上許多地方的岩石多有明顯地層構造，哥倫布撞擊坑（Columbus Crater）是其中一個有地層構造的撞擊坑。火山、風或水等許多地質作用會讓岩石出現分層構造。火星許多地方的岩石都有地層構造。科學家對於在火星上找到因為大量水流而形成的地層構造相當興奮。
有時候岩石各層會有不同顏色。火星上的淺色調岩石形成原因跟水合礦物，如硫酸鹽有關。機會號以數個儀器仔細觀察了這樣的岩層。有些岩層可能是由細顆粒土壤形成，因為這些岩石似乎會分裂成細顆粒塵埃；相對的，分裂成大塊岩石的地層則可能明顯較堅硬，而這些岩層可能是由玄武岩構成。玄武岩在火星各地都可被發現。軌道探測器上的儀器在一些岩層發現了黏土（頁矽酸鹽）。科學家對於發現水合礦物和黏土相當興奮，因為這些都是和水有關的礦物。黏土和其他水合礦物存在的地方可能是適合尋找生命存在證據的地方。
火星表面有很大面積的區域覆蓋了一層可能是水冰和塵埃的混合物。這層數公尺厚，富含水冰的沉積層使火星表面變平坦，但這些區域仍然有類似籃球表面的粗糙地表構造。因為這些區域很少撞擊坑，是相對年輕的區域。以下由HiRISE拍攝的影像可見這類區域的各種狀態。
火星軌道和自轉傾角的變化造成水冰分佈的明顯變化，這相當於從極區到相當於美國德克薩斯州的緯度。在一些時期水蒸氣會從極區離開進入大氣層；並在比較低緯度地區變成霜或雪後和泥沙混合沉積。火星大氣層有大量的細顆粒塵埃，在水蒸氣凝結在這些顆粒後因為重量而下沉到地面。當水冰從淺地層進入大氣，將會留下泥沙，這些留下的泥砂能阻隔剩餘的冰阻止冰的昇華。
HiRISE 拍攝了許多可能是水流在近年造成的山溝；許多山溝被拍攝多次影像以觀察是否有發生變化。有些山溝發生了變化，部分科學家認為可能是這幾年中液態水造成的；但也有許多人認為可能是乾的泥沙流。這些是由火星全球探勘者號首先發現。
其他理論認為這些山溝或河道的形成是因為風的侵蝕、液態二氧化碳或液態甲烷。
海盜號軌道器拍攝到峭壁周圍有許多堆疊起來的物質長期以來一直讓科學家感興趣；這些岩石碎片的沉積物被稱為舌狀岩屑坡（lobate debris aprons, LDAs）。這類地形是向外突起，並且有從懸崖或陡坡起源的緩坡地形；這代表流動是從陡峭的懸崖開始。此外，舌狀岩屑坡可以看到類似地球上岩流（冰川石流，Rock glacier）造成的地表線理。最近研究人員分析火星偵察軌道器的淺地層雷達（Shallow Radar, SHARAD）觀測資料，發現強力證據顯示，在希臘平原和北半球中緯度的蛇狀岩屑坡是覆蓋有薄岩石的冰川。火星偵查軌道器的雷達接收到來自舌狀岩屑坡頂部和底部的強烈反射坡，代表純水冰造成了LDA形成的阻礙（在兩個反射坡之間）。
根據鳳凰號的實驗和火星奧德賽號的觀測資料，我們現在知道水冰可以在火星高緯度區域地表下存在。在舌狀岩屑坡發現水冰代表水甚至可以在低緯度下存在；未來的火星殖民可以直接向下挖冰而不用到高緯度取水冰。而且LDA底下水冰的優勢是很容易使用軌道器發現與測繪其位置。舌狀岩屑坡在北緯38.2°的佛勒格拉山（Phlegra Montes）找到；而鳳凰號降落的地點是北緯68°，所以在舌狀岩屑坡發現水冰大幅增加了人類未來在火星居住的可能性。探測器在火星赤道附近降落遠比在極區降落容易，所以人類未來在火星赤道附近殖民的可能性增加了。
2009年9月在科學期刊上的一篇論文報告了一些火星表面的新撞擊坑暴露了高純度的水冰；在這之後冰就昇華進大氣層了。這些冰存在於只有數英呎深處。這些冰是使用火星偵察軌道器上的火星專用小型偵察影像頻譜儀（Compact Imaging Spectrometer for Mars, CRISM）確定的。 這些冰其中3處是在Cebrenia區被找到；分別是：55.57° N, 150.62° E; 43.28° N, 176.9° E; and 45° N, 164.5° E。另外2處則是在Diacria區：46.7° N, 176.8° E and 46.33° N, 176.9° E。
這個發現顯示未來火星殖民可以從許多地方取得水源；這些冰可以挖出後溶化，再電解成氫和氧作為火箭燃料之用。
2009年HiRISE的影像中發現了火星岩石的圓柱節理。這種節理必須要有水才能形成。為了形成圓柱節理的平行裂縫，多次的冷卻是必要的，而水是最可能的選項。科學家估算出水必須間歇地存在數月至數年。
HiRISE的大量影像中可看出表面有大面積的淺色調沉積地層（light-toned layered deposits）。這些30-80公尺深的沉積物被認為是因為水的流動而形成。這些地區有古代河道系統的證據。更進一步以MRO上的火星專用小型偵察影像頻譜儀（Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer）觀測化學組成發現了與水相關的礦物：蛋白石（水合氧化矽）和硫酸亞鐵。這些礦物會在低溫酸性溶液中和玄武岩產生化學反應形成。以上特徵顯示淺色調沈積地層是火星在赫斯伯利亞紀有長時間的降水和地表水流的證據。
火山噴發時會分出富含水蒸氣和二氧化碳的氣體。因此早期火星大氣因為火山噴發的關係，厚度超過地球大氣。從火山噴出的水蒸氣可能足以使火星表面被120公尺深的水淹沒。此外，大氣中大量的二氧化碳會吸收紅外線的熱能，產生溫室效應造成火星溫度上升。所以塔爾西斯的熔岩噴發可能使遠古的火星跟地球很類似。古代火星可能有濃密大氣、海洋、湖泊存在。
2005年7月28日，ESA公佈了火星上一個撞擊坑被水冰部分填滿；部分人士甚至推測這個發現是一個「冰湖」。該撞擊坑的照片是由火星快車號（Mars Express）上的高解析度立體相機（High Resolution Stereo Camera，HRSC）拍攝；影像中顯示了明顯的一層冰在北方大平原某個當時未命名，位於北緯70.5°，東經103°的撞擊坑。這個撞擊坑直徑約35公里，深度約2公里。
撞擊坑底部和冰層表面高度差約200公尺。ESA的研究人員認為主要原因是因為冰層下部分可見的沙丘。雖然科學家沒有提出進一部理論指出這是冰湖，但目前證據可以證明這是水冰，而且這一區水冰在火星上是全年存在。水冰和永久凍土的沉積物可在火星表面多個地方被發現。
火星南半球的埃律西昂平原（Elysium Planitia）已經發現一些與流冰有關的地表特徵。這些被觀測到的片狀區域約有30公里長和30公里寬，位於一些河道之中；而這些河道位於深度和寬度相當於北海的平原上。這些片狀區域有破碎與旋轉的特徵，和其他熔岩形成的片狀區域有明顯差異。水流的來源被認為是來自附近科柏洛斯槽溝（Cerberus Fossae）的斷層，估計該斷層噴出水的時間維持了200至1000萬年，但並不是所有研究人員都同意這說法。
冰川在火星表面廣大地區形成許多可以可以被觀測到的地形特徵。這些地區大多在高緯度，尤其是Ismenius Lacus區被認為仍然有大量的水冰。最近的證據讓許多行星科學家相信水冰仍然在火星表面以冰川形式存在，且表面覆蓋一層可以隔熱的薄岩石。2010年三月科學家釋出了在都特羅尼勒斯桌山群（Deuteronilus Mensae）的雷達探測影像，在該區找到了冰存在於數公尺岩石下的證據。一般相信冰川是和銳蝕地形（Fretted terrain）、許多的火山、甚至是一些撞擊坑一起出現。
冰川表面上殘餘物的頂端顯示了冰移動的方向。一些冰川的表面因為底下的冰昇華的關係而相當粗糙。冰直接昇華成水蒸氣且留下空洞使冰川上的物質坍塌進了空洞。冰川並非只有冰，而是帶有許多岩石和表土，冰川也會丟下其攜帶的物質形成類似山脊的地形，被稱為冰磧石（moraine）。火星有些地方有許多扭曲的冰磧群；可能是因為冰磧形成後又因為其他的運動而造成。有些大塊的冰從冰川掉落並且埋在地表以下，當這些冰溶化時或多或少留下了一些空洞，在地球上這類地形被稱為壺穴。在紐約州的蔓苳雙湖公園（Mendon Ponds Park）可見到一些相同地質作用造成的壺穴。
一般相信火星的北極冰帽（北極高原，Planum Boreum）和南方冰帽（南極高原，Planum Australe）會在冬季形成厚冰層和在夏季部分冰冠昇華。火星快車號的資料顯示，2004年時火星南極冰帽平均厚度約3公里，由水冰和乾冰組成，乾冰的組成比例與緯度有關。冰帽是85%乾冰和15%水冰組成。火星冰帽的第二個組成部分則是從火星冰帽下降到附近平原的陡坡，幾乎都是由水冰形成。第三個組成部分則是圍繞在外側的廣大永久凍土層，從斜坡底往外延伸數十公里。NASA的科學家計算如果火星南極冰帽的水冰全部融化，將可淹沒火星表面，水深11公尺。
2009年根據MRO上的雷達測量資料計算出火星北極冰帽的水冰體積約為82.1萬平方公里。這相當於格陵蘭30%的大陸冰川或者覆蓋火星表面5.6公尺（用北極冰帽體積除以火星表面積）。
許多科學家長年以來認為火星表面部份區域很像地球上的冰緣（Periglacial）區，或者也可以說這些區域就是永久凍土。許多觀測顯示有冰層存在於這類地區底下。在高緯度地區常可見到所謂的「圖案地」（Patterned ground），可以見到許多種不同的形狀，如條紋和多邊形。在地球上這種地形是因為土壤中的水分凍結和融化而引起。其他還有許多證明火星地表下有大量水冰的證據，例如圍繞在銳利地形特徵的區域軟化。地表下有冰的證據除了地表上明顯特徵以外，2001火星奧德塞號的伽馬射線光譜儀（Gamma Ray Spectrometer, GRS）的觀測結果和鳳凰號火星探測器的直接探測也提供了許多證據。火星有些區域有許多類似地球上熔岩流過冰凍地表形成的椎狀地理特徵。熔岩的熱會將冰融化，使水冰變成水蒸氣。水蒸氣的強大力量穿過熔岩形成椎狀特徵。
火星部分地形有貝狀沉降的特徵。這樣的特徵被認為是富含冰沉澱物的殘餘，貝狀是因為冰從凍土中昇華後留下的。這些覆蓋物可能是當火星自轉軸改變造成氣候變化時，從大氣中以冰的形式附著在塵埃上降下。這些貝狀特徵有數十公尺深和長度延伸約數百至數千公尺，而形狀幾乎都是圓形或長橢圓形。有一部分地形看起來是因為河流造成大規模凹坑地形；造成這種地形的原因可能是水冰從縫隙中昇華。在貝狀地形可以看到許多多邊形裂縫，是冰凍地表的特徵。
現在已經確定在地球上找到的隕石有超過三十塊是來自火星。這些火星隕石讓科學家有難得的機會分析火星的岩石。有些火星岩石顯示它們在火星時是曝露在水中。1983年一篇作者是 M. R. Smith 等人的論文表示，被稱為 SNC （Shergottites, Nakhlites, Chassignites）群的火星隕石是來自火星；證據是來自儀器分析和放射化學的中子活化分析。他們發現 SNC 隕石的化學、同位素與岩石學特徵都符合火星的岩石，數年後再由 Treiman 等人以類似方法進一步確認。之後在1983年下半年， Bogard 等人的研究顯示輝玻無球隕石（Shergottites）中許多種稀有氣體的同位素比例與海盜號在1970年代中期探測火星大氣層的資料相符合。
2000年一篇 Treiman, Gleason and Bogard 等人的論文研究了當時已經發現的14顆來自火星的 SNC 群隕石；他們在文章中表示：「這些 SNC 群隕石有少許可能性並非來自火星，如果這些隕石來自其他行星的岩石，那應該正如我們所理解的，應該比例與火星大幅度相同」。
有些火星隕石是含玄武岩的輝玻無球隕石。這些看起來含有水合碳酸鹽和硫酸鹽的礦物可能在被彈入太空時暴露在水中。這代表這些隕石還在火星時是在水中的。第一個輝玻無球隕石叫做休格地隕石（Shergotty meteorite）是1865年落在印度休格地（Sherghati）。
另一種隕石，輝橄無球隕石（Nakhlites）則是在大約6.2億年前暴露在水中，並在約1075萬年前因為小行星撞擊而被彈出火星，約1萬年前落到地球。目前已知7顆輝橄無球隕石。第一顆輝橄無球隕石是1911年落在埃及亞歷山卓的奈克拉隕石（Nakhla meteorite），重量約10公斤。最新發現的輝橄無球隕石是2003年12月15日在南極洲被發現。(續)
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