河谷系统

热辐射成像系统拍摄的瓦伊哥谷附近部分河谷系统，图像长度约50公里。

河谷系统通常较为狭窄（<0.5–4公里），深约50–200米，且随谷道的延伸而变化，其截面形状呈现从上游V型向下游U型演变的趋势。单条河谷形成相互连接的分支谷系，通常不到200公里长，流入当地低洼地形[1]。分支谷的外观通常被描述为“短粗型”或类似术语，这意味着它距离干流和盆状源头端不远[1][5]。许多研究者描述谷系的流域密度通常远低于地球上的河网密度[6][7][8]，但文献中也提到了这可能是由图像分辨率、地貌退化或观察偏差造成的人为影响[1][2]。

然而，最近的图像也强调，“河谷系统”一词包含了火星不同地质环境中，大量规模不等形态不同的河谷[2]。所有比溢出河道小的分支谷系都可被称为河谷系统，可能包含了各种各样的地貌形成过程，一些谷系在火星表面延伸超过2000公里，有些其下游宽度可能会改变，有些地方的谷系密度则确实与地球上的相类似[9]，目前存在较窄、较浅的河谷系统，但可能比较大的谷系更罕见[1]。

在大多数河谷系统中，后来的风成作用堆积在谷底的风积物，掩盖了它们是被切割出的河道性质。在地球上，河谷是一条被携带着冲刷物的水流侵蚀出的平坦凹地。然而，火星上由于后来的沉积物，几乎所有的河谷系统，都不清楚谷底是否含有单独的河道结构，或者它们是否完全已被淹没。纳内迪谷则是一个罕见的特例，在那里已识别出了一条河道[3]，尽管随着时间的推移，新的更高分辨率图像再次显示出火星上更多的此类结构[10]，这解释了文献中对“河谷系统”而非“河道系统”一词的偏好，但在一些文章中对这些结构的描述往往会发生混淆[2]。

坎多尔峡谷附近更精细的河谷系统，由高分辨率成像科学设备拍摄（点击缩放），视野范围约3.5公里宽。被切开的河谷表面似乎正在被侵蚀。

河谷系统高度集中在火星坑洼的南部高地中，北半球赫斯珀里亚纪熔岩平原总体上几乎完全没被切割。然而，这一概括仍有很多例外—特别是许多赫斯珀里亚纪和更年轻的火山以及其他数个地区都分布有谷系[1]，与高地河谷（如纳内迪谷）相比显得更“清新”，退化程度更低。

然而，在比这更精细的尺度上，存在的河谷分布则高度分散和不连续。高地河谷及谷系区内，紧邻几乎完全未改变过的表面，常可见到被交错切割的斜坡。河谷的分布也呈现明显的区域性，阿拉伯台地西北、希腊平原西南和东南部几乎没有切割作用，但在辛梅利亚高地和赤道以南东径20度至东径180度之间则有很多，它们在更陡峭的斜坡上也更为突出[2]，例如在撞击坑边缘，但同样可能只出现在此类陨坑边缘的一侧[1]。

遗憾的是，单个谷系区的范围通常较小，且组成它的河谷相对狭窄，这意味着用传统的撞击坑计数技术来测定河谷系统年代非常困难（尽管并非不可能[11]）。诺亚纪南部高地的河谷集中度以及赫斯珀里亚纪北部平原上的稀疏性，结合诺亚纪末期火星全球侵蚀率呈指数级下降的独立估计[12]，可能表明大部分谷系形成于这一阶段的早期[1]。然而，赫斯珀里亚纪地表上的河道明确表明，形成河谷的作用至少在诺亚纪之后的一段时间内，在某些地区确实仍在继续，一些陨石坑计数的证据甚至表明，部分高地谷系可能形成于亚马逊纪[11]。

火星全球探勘者号拍摄的埃伯斯瓦尔德撞击坑内的三角洲，请注意带冲决口的曲流道，现可看到倒转地形。

河谷形成的机制和隐含的环境仍有争议，在某些谷系的形成过程中，冰川、滑坡、断层活动和二氧化碳、风蚀和熔岩等多种侵蚀作用都曾在某个时刻参与其中，并可能在火星某些局部区域发挥过重要作用。然而，大多数研究者都同意，液态水一定在大多数河谷的形成中发挥了作用，这主要根据已知火星上广泛分布的水冰，以及液态水的物理属性（例如黏度）所推测出，液态水几乎是唯一可让它以溪流形式向下流淌数千公里的流体[1]。某些谷系（如埃伯斯瓦尔德撞击坑中）尽头被解释为侵蚀三角洲的河道特征也与水流形成的构造有着独特的联系，如带有裁弯取直决口的蜿蜒河道，其内部一致性的水力几何结构，与地球上出现的河流通道非常接近[13]。独立证据还表明，在过去不同时期，火星表面曾存在过液态水或非常接近液态水，例如子午线高原的蒸发岩和哥伦比亚丘陵岩石的普遍水蚀变，这两种情况都被火星探测漫游者勘测到。

此外，还提出了数种不同的情况以进一步解释河谷在空间和时间上的形状及分布。河谷系统形成时，火星古气候对每一处谷系都有着不同影响，其中一些总结如下。同样值得强调的是，就如地球上一样，不同的形成机制可能在火星表面不同的时间和地点发挥着作用。

2020年8月，科学家们报告称，火星南部高地的河谷系统可能主要是在冰川下形成，而非由自由流动的河流所冲刷，这表明早期火星比想象的要更冷，而且在过去可能发生过大规模的冰川作用[14][15][16]。

• 视频 (04:32) -证据：水在火星上“强劲”流动—2012年9月 （页面存档备份，存于）