อุทกวิทยาของดาวอังคาร
น้ำของเหลวนั้นไม่สามารถดำรงอยู่ได้บนดาวอังคารเนื่องจากความกดอากาศที่ต่ำมากเพียงแค่หนึ่งในร้อยของโลก[65] เว้นแต่พื้นที่ลุ่มต่ำบางบริเวณในช่วงเวลาเพียงสั้น ๆ[66][67] แผ่นน้ำแข็งที่ขั้วดาวทั้งคู่มีสภาพที่พอจะให้น้ำในปริมาณมาก ๆ ได้[68][69] เฉพาะปริมาตรของน้ำแข็งขั้วใต้ของดาวหากละลายลงก็จะให้น้ำเพียงพอสำหรับปกคลุมพื้นผิวทั้งหมดของดาวเคราะห์ได้ด้วยความลึก 11 เมตร[70]
ชั้นดินเยือกแข็งคงตัวแผ่ขยายจากขั้วดาวลงมาจนถึงประมาณละติจูดที่ 60 องศา[68] คาดว่าน้ำแข็งปริมาณมากถูกจับเอาไว้ภายในไครโอสเฟียร์หนาของดาวอังคาร ข้อมูลเรดาร์จาก มาร์สเอ็กซ์เพรส และ มาร์สรีคอนเนสเซนซ์ออร์บิเตอร์ เมื่อกรกฎาคม 2005 แสดงน้ำแข็งปริมาณมหาศาลที่ขั้วทั้งสองของดาว[21][71] และในเดือนพฤศจิกายน 2008 พบในบริเวณละติจูดกลาง[22] ยานส่วนลงจอด ฟีนิกซ์ พบตัวอย่างน้ำแข็งโดยตรงในดินส่วนตื้นของดาวอังคารเมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม 2008[24]
ภาพถ่ายกำลังขยายสูงถ่ายโดยยานออปพอร์ทูนิตี แสดงการพอกตัวของฮีมาไทต์สีเทา ซึ่งบ่งชี้ว่าเคยมีน้ำในสถานะของเหลวปรากฏในอดีต
ลักษณะทางธรณีสัณฐานที่มองเห็นบนดาวอังคารบ่งชี้อย่างหนักแน่นว่ามีน้ำของเหลวปรากฏบนพื้นผิวดาวเคราะห์ เส้นทางคดเคี้ยวขนาดใหญ่ที่โอบคลุมพื้นดินที่ถูกกัดเซาะหรือช่องทางการไหลออกนั้นตัดผ่านพื้นผิวโดยรอบกว่า 25 แห่ง คาดว่าร่องรอยเหล่านี้เป็นบันทึกประวัติศาสตร์ของกระบวนการกัดเซาะระหว่างที่มีการปลดปล่อยน้ำอย่างถล่มทลายออกมาจากชั้นหินอุ้มน้ำใต้พื้นผิว อย่างไรก็ตามโครงสร้างบางส่วนถูกตั้งสมมติฐานว่าเป็นผลมาจากการกระทำของธารน้ำแข็งหรือลาวา[72][73] ตัวอย่างหนึ่งที่มีขนาดใหญ่คือ มาดดิมวัลลิส ซึ่งมีความยาว 700 km (430 mi)
และมีขนาดใหญ่มากยิ่งกว่าแกรนด์แคนยอนด้วยความกว้าง 20 km (12 mi) และความลึก 2 km (1.2 mi) ในบางท้องที่ คาดว่าภูมิประเทศถูกกัดสร้างขึ้นมาโดยการไหลของน้ำตั้งแต่ช่วงต้น ๆ ของประวัติศาสตร์ดาวอังคาร[74] ช่องทางการไหลเหล่านี้ที่มีอายุน้อยที่สุดคาดว่าเพิ่งจะเกิดขึ้นเมื่อเวลาเพียงไม่กี่ล้านปีที่แล้ว[75] สำหรับที่อื่น ๆ โดยเฉพาะพื้นที่ที่เก่าแก่ที่สุดบนผิวดาวอังคาร โครงสร้างระดับเล็กย่อยตลอดจนเครือข่ายหุบเขาที่กระจายเป็นกิ่งก้านสาขาล้วนแผ่ขยายพาดขวางเป็นสัดส่วนอย่างมีนัยสำคัญในภาคพื้นภูมิประเทศ รูปลักษณะของหุบเขาเหล่านี้รวมทั้งการกระจายตัวแสดงนัยอย่างเด่นชัดว่าถูกเซาะสร้างโดยการไหลบ่าซึ่งเป็นผลลัพธ์มาจากฝนหรือหิมะที่ตกลงมาเมื่อยุคแรกของประวัติศาสตร์ดาวอังคาร การไหลของน้ำใต้ผิวดินและการผุดเซาะของน้ำบาดาลอาจแสดงบทบาทย่อยสำคัญในหลายเครือข่าย แต่หยาดน้ำฟ้าน่าจะเป็นสาเหตุหลักของริ้วร่องเกือบทั้งหมดในแต่ละกรณี[76]
ร่วมไปกับผนังของหลุมอุกกาบาตหรือหุบเขาลึก มีลักษณะภูมิประเทศนับพันที่ปรากฏคล้ายคลึงกับโตรกห้วยบนพื้นดิน ห้วยต่าง ๆ นี้มักมีอยู่ในพื้นที่ราบสูงทางซีกใต้ของดาวและเผชิญกับเส้นศูนย์สูตร ทั้งหมดชี้ไปในแนวขั้วดาวที่ละติจูด 30 องศา นักวิจัยจำนวนหนึ่งเสนอว่ากระบวนการก่อกำเนิดเกี่ยวข้องกับน้ำของเหลวซึ่งอาจมาจากน้ำแข็งที่ละลาย[77][78] แม้ว่าจะมีอีกหลายคนแย้งว่ากลไกในการเกิดเกี่ยวข้องกับคาร์บอนไดออกไซด์เยือกแข็งหรือการเคลื่อนที่ของฝุ่นแห้ง[79][80] ไม่ปรากฏว่ามีโตรกห้วยที่ถูกกร่อนทำลายบางส่วนโดยการผุกร่อนตามสภาพอากาศ และก็สังเกตไม่พบในหลุมจากการพุ่งชนทั้งหลายที่มีความเด่นชัด จึงเป็นเครื่องชี้ว่าภูมิประเทศดังกล่าวยังมีอายุน้อยและอาจเป็นได้ว่ายังคงเกิดขึ้นในปัจจุบัน[78]
ลักษณะทางธรณีวิทยาอื่นอีกหลายประการ เช่น ดินดอนสามเหลี่ยมปากแม่น้ำ และตะกอนน้ำพารูปพัดที่ถูกเก็บรักษาไว้ในหลุมอุกกาบาตต่าง ๆ เป็นพยานหลักฐานที่เสริมให้ทราบว่ามีสภาพแวดล้อมอุ่น-ชื้น ณ บางช่วงเวลาหรือหลายช่วงเวลาในประวัติศาสตร์ยุคต้นของดาวอังคาร[81] สภาวะแวดล้อมเช่นนี้เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการเกิดมีอย่างกว้างขวางของทะเลสาบหลุมอุกกาบาตที่ข้ามผ่านเป็นสัดส่วนขนาดใหญ่บนพื้นผิว และนับว่ายังเป็นหลักฐานอิสระทั้งในทางแร่วิทยา ตะกอนวิทยา และธรณีสัณฐานวิทยาอีกด้วย[82]
ส่วนประกอบของหินบริเวณ “เยลโลไนฟ์เบย์” – หินเวนมีแคลเซียมและกำมะถันมากกว่าดินที่ถูกพามา – ผลจากเอพีเอกซ์เอส – คิวริออซิตี (มีนาคม 2013)
หลักฐานนอกเหนือจากนี้ที่ยืนยันการที่ครั้งหนึ่งเคยมีน้ำของเหลวปรากฏบนผิวดาวอังคารมาจากการตรวจพบแร่ที่มีความจำเพาะ เช่น ฮีมาไทต์ และเกอไทต์ ซึ่งทั้งคู่บางครั้งจะก่อตัวในที่ที่มีน้ำ[83] ในปี 2004 ยานออปพอร์ทูนิตี ตรวจพบแร่จาโรไซต์ซึ่งก่อตัวขึ้นเฉพาะเมื่อมีน้ำในสภาพเป็นกรด เป็นเครื่องพิสูจน์ว่าครั้งหนึ่งเคยมีน้ำอยู่บนดาวอังคาร[84] หลักฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับน้ำของเหลวเมื่อไม่นานมานี้มาจากการค้นพบแร่ยิปซัมบนพื้นดินโดยยานสำรวจออปพอร์ทูนิตีของนาซา เมื่อธันวาคม 2011[85][86] นอกจากนี้ ฟรานซิส แมคคับบิน หัวหน้าฝ่ายศึกษา นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยนิวเม็กซิโกในแอลบูเคอร์คี ตรวจสอบลักษณะไฮดรอกไซด์ในผลึกแร่จากดาวอังคาร แถลงว่าน้ำในแมนเทิลส่วนบนของดาวอังคารมีปริมาณเท่ากับหรือมากกว่าที่โลกมีอยู่ที่ระดับ 50–300 ส่วนในล้านส่วน ซึ่งมากเพียงพอที่จะครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดของดาวได้ด้วยความลึก 200 ถึง 1,000 เมตร
เมื่อวันที่ 18 มีนาคม 2013 นาซารายงานหลักฐานจากเครื่องตรวจวัดบนยานสำรวจคิวริออซิตี ของแร่ที่เกิดขึ้นโดยมีน้ำเป็นองค์ประกอบ อย่างเช่นไฮเดรตของแคลเซียมซัลเฟต ในตัวอย่างหินหลายชนิดรวมทั้งชิ้นส่วนที่แตกออกมาของหิน “ทินทินา” และหิน “ซัตตันอินเลียร์” เช่นเดียวกับเวนและโนดูลในหินอื่น ๆ เช่นหิน “นอร์” และหิน “เวอนิกเก”[88][89][90] การวิเคราะห์โดยใช้เครื่องมือดีเอเอ็นของยานสำรวจภาคพื้นให้หลักฐานเรื่องน้ำใต้ผิวดินว่ามีปริมาณกว่าร้อยละ 4 ลึกลงไปจนถึงระดับ 60 เซนติเมตร ในเส้นทางเคลื่อนผ่านของยานจากตำแหน่งจุดลงจอดแบรดบูรี ไปจนถึงพื้นที่ เยลโลไนฟ์เบย์ ในบริเวณภูมิภาคเกลเนก [88]
นักวิจัยบางส่วนเชื่อว่าส่วนใหญ่ของพิ้นที่ราบต่ำทางตอนเหนือของดาวเคยถูกมหาสมุทรปกคลุมด้วยความลึกหลายร้อยเมตร ทั้งนี้ยังอยู่ในระหว่างการโต้แย้ง[91] ในเดือนมีนาคม 2015 นักวิทยาศาสตร์ระบุว่ามหาสมุทรดังกล่าวอาจมีขนาดราวมหาสมุทรอาร์กติกของโลก การวินิจฉัยนี้ได้มาจากการประเมินอัตราส่วนระหว่างน้ำและดิวเทอเรียมในบรรยากาศปัจจุบันของดาวอังคารเทียบกันกับอัตราส่วนที่พบบนโลก ปริมาณดิวเทอเรียมที่พบบนดาวอังคารมีมากกว่าที่ดำรงอยู่บนโลกถึงแปดเท่า บ่งชี้ว่าดาวอังคารครั้งโบราณกาลมีน้ำเป็นปริมาณมากอย่างมีนัยสำคัญ ผลสำรวจจากยานคิวริออซิตี มาพบในภายหลังว่ามีดิวเทอเรียมในอัตราส่วนสูงในหลุมอุกกาบาตเกล อย่างไรก็ตามค่าที่ได้ยังไม่สูงพอที่จะสนับสนุนว่าเคยมีมหาสมุทรอยู่ นักวิทยาศาสตร์รายอื่น ๆ เตือนว่าการศึกษาใหม่นี้ยังไม่ได้รับการยืนยัน และชี้ประเด็นว่าแบบจำลองภูมิอากาศดาวอังคารยังไม่ได้แสดงว่าดาวเคราะห์มีความอบอุ่นเพียงพอในอดีตที่ผ่านมาที่จะเอื้อให้น้ำคงอยู่ในรูปของเหลวได้
