在人们的认知中，火星是一颗呈现独特红色的星球。长久以来，科学界普遍认为火星的红色外观源于赤铁矿。赤铁矿这种含铁矿物在地球的温暖干燥环境，如美国犹他州的铁锈谷较为常见。传统理论指出，火星早期存在液态水，这些水与岩石中的铁元素发生氧化反应，进而形成赤铁矿颗粒，之后全球性的风暴系统将这些颗粒吹散至整个星球。2004 年，机遇号火星车在子午线高原发现的 “蓝莓” 状赤铁矿结核，曾被视作这一理论的关键证据。然而，尽管这些直径 2 - 5 毫米的球体证实了火星曾存在水，但火星尘埃中缺乏赤铁矿应有的光谱特征，这一现象始终无法得到合理解释。

2025 年 3 月发表于《自然通讯》的一项研究，为解释火星的颜色成因带来了全新视角。布朗大学团队借助火星勘测轨道飞行器（MRO）的 CRISM 光谱仪数据展开分析，发现火星尘埃在 0.4 - 4μm 波段的反射特征，与实验室合成的水铁矿 - 玄武岩混合物高度吻合。水铁矿（Fe₅O₈H・nH₂O）是一种纳米级含铁矿物，在地球上，常见于火山灰与冷水的反应。研究人员将水铁矿与火星典型的玄武岩混合，并研磨至亚微米级（直径小于 1 微米），结果显示，其光谱在 1μm 处的吸收峰、3μm 处的羟基特征，与火星表面观测数据误差小于 3%。这一发现，彻底颠覆了赤铁矿主导火星颜色的传统认知。

为深入验证水铁矿的形成机制，研究团队在模拟火星环境的真空舱内开展了关键实验。他们将玄武岩粉末置于 6 毫巴压力、-60℃的 CO₂大气环境中，通过电火花模拟原始大气中的闪电活动。实验发现，当环境湿度达到 15% 时，玄武岩中的铁元素会与水迅速发生氧化反应，在 24 小时内即可生成纳米级水铁矿颗粒。尤为重要的是，这种矿物在火星当前的干燥环境下，依然能够保持稳定结构，其晶体结构中锁定的水分子比例高达 12%。这就解释了为何在火星尘埃中虽检测不到自由水，却保留着水铁矿特有的化学指纹。

水铁矿与赤铁矿形成条件的差异，揭示了火星环境演化的关键节点。赤铁矿的形成需要 pH 值大于 8 的碱性环境，以及高于 15℃的持续温度；而水铁矿则可在 pH 5 - 7 的中性冷水环境中快速生成。这意味着火星的氧化过程并非发生在液态水完全消失后的干燥期，而是与液态水共存的寒冷时期。结合火星陨石的同位素分析，科学家推测，在 38 - 35 亿年前，火星表面可能存在覆盖北半球的海洋，其平均深度超过 100 米。这种湿润环境为水铁矿的形成创造了理想条件，然而随后的气候突变，致使液态水迅速消失。

除了在矿物学领域的新发现，诸多火星探测器的探测成果也进一步揭示了火星的过去。中国祝融号火星车在乌托邦平原南部探测发现，地下 10 - 35 米处存在 76 层倾斜沉积结构，其倾角（6° - 20°）和介电特性与地球海岸沉积物极为相似，这一发现直接证实了火星古代海洋的存在。好奇号在盖尔陨石坑发现了菱铁矿（FeCO₃），这种矿物只有在 CO₂溶解于水后与岩石发生反应才能形成，表明火星曾经存在活跃的碳循环系统。火星勘测轨道飞行器的雷达数据显示，火星南极冰盖下存在厚度超过 1.5 公里的液态水湖，其形成时间可追溯至 20 亿年前。塔尔西斯高原的火山喷发记录表明，在 30 亿年前，火星地幔活动仍能够维持大规模的地下水循环系统。

其实，火星上存在水的痕迹早有端倪。欧洲航天局的火星快车号曾在火星北半球的卡塞峡谷（Kasei Valles）拍摄到长达 3000 公里的犁沟状地形。这些蜿蜒的沟槽如同地球干涸的河床，两侧分布着流线型的岛屿状地貌，中心凹陷处残留着被洪水冲击的冰碛层。在伍斯特环形山（Worcester Crater），这座 25 公里宽的环形山边缘被水流侵蚀成奇特的扇形，下游沉积的泥沙形成明显的分选层。类似的地貌在火星南半球的玛沃斯谷（Marathon Valley）也有发现，那里的辫状河道网络留存着古代洪水奔涌的痕迹。综合这些地质特征可以推断，在 36 - 34 亿年前，火星曾发生过规模堪比地球亚马逊河的超级洪水事件。

人类对火星的探索从未停止，并且随着科技的发展不断深入。2023 年，毅力号在耶泽罗陨石坑采集到含有机分子的沉积岩样本，其形成环境与地球早期热泉系统极为相似，这些样本预计在 2033 年返回地球，有望揭开火星生命演化的终极谜题。中国火星车搭载的次表层穿透雷达，首次在火星中纬度地区发现地下冰富集层，含水量估计超过 10 亿吨，为未来载人任务提供了关键资源。NASA 与 ESA 合作的火星样本返回任务（MSR）计划于 2031 年发射地球返回舱，将携带 200 克火星岩石和土壤样本，这将是自阿波罗登月以来最重大的太空物质带回行动。火星，这颗神秘的红色星球，正随着人类的探索逐步揭开它的面纱，而关于它的更多奥秘，也必将在未来的研究中不断被揭示。