火星，这颗在太阳系中备受关注的红色行星，一直以其干燥寒冷的气候和荒凉的地表形象深入人心。然而，近年来关于古火星是否拥有液态水及其大气条件的科学争论日益激烈。一个来自科罗拉多大学博尔德分校的科研团队通过地质学模型和计算机模拟提出了令人兴奋的新见解：在数十亿年前，古火星表面很可能经历过降雨和降雪现象，这不仅有助于解释火星地貌上的水流遗迹，也为火星上曾具备温暖湿润环境的假设提供了坚实证据。古火星气候恢复的关键研究由在2024年获得地质科学博士学位的Amanda Steckel领导完成。她与团队结合遥感数据以及先进的数字地貌模拟，重现了火星赤道附近地形及水文演变过程，从而系统评估降水与冰盖融水对火星表面侵蚀形态的影响。火星Noachian年代，即约41亿至37亿年前，被认为是火星气候较为活跃的时期。
科学界普遍认可至少部分液态水存在于火星表面，然而该水体的来源及其形态——雨雪降落或冰川周期性融水——一直存在争议。长期以来，主流理论认为年轻太阳光照较弱，古火星气温偏低，存在庞大冰盖覆盖高原，水流主要依赖冰川融化形成，因此火星始终处于冷干状态。然而，Steckel及同事们通过对比两个模拟情景——单纯冰盖融水与广泛降水过程——揭示了鲜明的地貌差异。利用地球地质模型改造后适用于火星的数字地貌模拟，团队在虚拟火星地形中加入降雨或融水条件，持续模拟数万甚至数十万年地表水流侵蚀特征演变。模拟结果显示，融冰水情景导致水流谷起源高度集中于冰盖边缘高地，形成的河谷分布局限且密度低。相反，降水驱动情况下，水流谷的源头分布极为广泛，跨越低至约3500米海拔以上高地。
这种多样化分布与现存火星谷地实测高度范围高度吻合，为降水主导模型提供强有力支持。谷地网络特征不仅仅体现在水流起源高度，模型还揭示降水带来的侵蚀作用更均匀且持久，能形成复杂分支状河流和河口三角洲，这与火星Jezero陨石坑内发现的古湖床和沉积物特征高度对应。NASA毅力号探测器所在的Jezero坑正是研究古火星水文历史的重点区域，那里发现的沉积岩层和湖泊三角洲地貌提供了支持古代流动水大规模存在的坚实证据。团队工作人员Brian Hynek指出，要搬运并沉积如此大型的砾石和沉积物，必须存在数米深持续流动的液态水河流，这进一步佐证了雨水或雪水形成地表径流的可能性。然而，古火星能够在弱太阳照射下维持足够温暖以支持降水，仍是现代火星科学的核心难题。该研究并未直接解答火星古代温室效应的具体成因，而是着重展示了降水过程在塑造火星地貌中的关键性作用。
科学家们正在探索包括二氧化碳浓厚大气、火山释放气体以及潜在的甲烷温室效应等多种可能机制来解释古火星的气候暖化。此次研究的重要意义在于，它借助数字模拟与实际火星地貌数据对比，提出了新的思路：火星的气候历史可能更为复杂，包含长时间段的降水事件，而非单一的冰川融水或间歇性暂暖阶段。这不仅有助于重新理解火星古代水资源循环，也为未来火星生命起源的研究奠定基础。因为水是生命的关键载体，温暖湿润的环境极可能提升火星早期孕育生命的潜力。未来火星探测任务可以聚焦在这些降水遗迹附近，寻找可能的有机分子和生命痕迹。总的来说，古火星或许不像过去想象中那般极端寒冷干燥，数十亿年前的火星天空可能飘落过雨雪，河流曾奔涌山谷，湖泊星罗密布。
现代技术与模拟工具的进步，让科学家得以更细致地解锁火星千百万年的气候故事，也紧密联系着人类探索宇宙生命的宏大命题。未来，随着更多高分辨率探测数据的收集与分析，关于古火星降水及其气候演化的科学谜团将不断被揭示。古火星的雨雪记录，不仅是对火星生命起源环境的追索，更是人类认知外星环境可居住性的一把重要钥匙。
