根据火星大气中现存的水分子的性质，科学家推算火星历史上拥有的水，至少可以填满地球上的北冰洋。图片来源：ESO

根据今天（3月6日）发表在《科学》杂志上的一项最新发现，火星上的原始海洋曾经拥有的海水要比地球上的北冰洋还多，它在火星上覆盖的相对地表面积也要超过地球上的大西洋。利用欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（Very Large Telescope），以及凯克天文台（W. M. Keck Observatory）和NASA红外望远镜（NASA Infrared Telescope Facility）上的设备，一个国际科学家团队对火星大气展开了监测，花了超过6年的时间，绘制出了火星大气不同部分所含的水量。这样的大气水量分布图还是首次绘制。

大约40亿年前，年轻的火星应该拥有足够多的水，足以将所有地表淹没在大约140米深的水下。不过，这些液体应该会聚成一片海洋，占据火星北半球几乎一半的地表，在某些区域水深甚至超过1.6千米。

“通过测量有多少水流失到了太空中，我们的研究为火星上曾经拥有多少水提供了一个可靠的估算结果。”这篇新论文的领衔作者、在美国马里兰州NASA戈达德太空飞行中心工作的杰罗尼莫·维拉诺威瓦（Geronimo Villanueva）说，“有了这项研究，我们能够更好地理解火星上水的演变历史。”

这项新的估算所依据的基础，是对火星大气中两种略有不同的水所作的细致观测。一种就是我们熟悉的水，由两个氢原子和一个氧原子构成，也就是H2O。另外一种则是HDO，或者说半重水，是水中的一个氢原子被更重一些的氘原子（deuterium）替代而形成的。

由于半重水比普通的水更重，相比之下，它们就没那么容易通过蒸发流失到太空之中。因此，火星上流失的水量越多，现存的水中HDO和H2O的比例就会越高。

这些科学家利用位于智利的甚大望远镜，以及位于美国夏威夷的凯克天文台和NASA红外望远镜，来区分这两种水的化学指纹。通过比较HDO和H2O的比例，科学家能够测定HDO的比例增加了多少，从而确定有多少水逃逸到了太空中，继而能够估算火星早期历史上能够拥有多少水量。

研究团队花了地球上的6年时间（大约相当于火星上的3年），反复测绘火星上H2O和HDO的分布，绘制出了两者的全球分布图，以及两者比例的分布图。这些地图揭示了火星上的季节变化和微气候，尽管今天的火星实际上已经完全是一片荒漠。

ESO的乌利·凯尤弗（Ulli Kaeufl）是论文的合作者之一，负责建造这项研究中用到的一台观测设备。他补充说，“我再次震惊于天文望远镜在遥感遥测其他行星方面所蕴藏的巨大威力：我们发现了1亿千米以外的一片远古海洋！”

研究团队对火星的南北极附近地区特别感兴趣，因为南北极冠是这颗行星上现存已知的最大水量储备。科学家认来，这里的水保留着火星上水演变的历史记录，从湿润的诺亚纪（Noachian，结束于距今约37亿年前）直到现在。

新的结果显示，火星极地附近大气中的水富含HDO，比例比地球上的海水高出7倍，意味着火星永久冰盖中的水被浓缩了8倍。想要达到今天这样的浓缩水平，火星上流失的水量按体积来算，必定要比火星南北极冠现存水量多出6.5倍。火星早期海洋中的贮水量至少有2000万立方千米。

根据今天火星的地表，这些水很可能会汇聚在火星的北部平原（Northern Plains），由于这里地势低洼，科学家长久以来一直把这里视为是很好的候选地点。这片远古海洋将覆盖火星19%的地表。相比之下，大西洋大约覆盖了地球17%的地表。

这篇论文的第二作者、NASA戈达德太空飞行中心的资深科学家迈克尔·穆马（Michael Mumma）说，“由于火星流失了如此大量的水分，这颗行星保持湿润的时间段极有可能超出此前人们的预计，暗示这颗行星可能在更长的一段时间内适宜生命生存。”

火星还有可能一度拥有过更多的水，其中一些或许渗到了地表以下。由于这些新的地图还揭示了火星微气候及大气含水量随时间的变化，在继续搜寻火星地下水方面，这项研究或许也能提供有用的帮助。