加州理工学院/JPL 团队发现，大约 40 亿年前，火星拥有足够的水，足以覆盖整个星球，其海洋深度约为 100 至 1,500 米。体积大约相当于地球大西洋的一半。但是，十亿年后，地球和今天一样干燥。此前，试图解释火星上流水发生了什么的科学家曾暗示，它逃到了太空中，这是火星低重力的牺牲品。尽管确实有一些水确实以这种方式离开了火星，但现在看来，这种逃逸并不能解释大部分水的流失。

“大气逃逸并不能完全解释我们所拥有的关于火星上曾经存在多少水的数据，”加州理工学院博士候选人 Eva Scheller (MS '20) 说，她是该杂志发表的一篇关于该研究的论文的主要作者。Science于 3 月 16 日发表，并于同一天在月球和行星科学会议 (LPSC) 上发表。Scheller 的合著者是行星科学教授兼凯克空间研究所副所长 Bethany Ehlmann;Yuk Yung，行星科学教授、喷气推进实验室高级研究科学家;加州理工学院研究生 Danica Adams;和 JPL 研究科学家 Renyu Hu。加州理工学院为 NASA 管理 JPL。

该团队通过对陨石的分析以及使用火星探测器和轨道飞行器提供的数据，研究了火星上各种形式(蒸汽、液体和冰)的水量以及火星当前大气和地壳的化学成分，特别关注氘与氢的比例(D/H)。

水由氢和氧组成：H2O。然而，并非所有的氢原子都是一样的。氢有两种稳定同位素。绝大多数氢原子在原子核内只有一个质子，而一小部分(约 0.02%)以氘或所谓的“重”氢的形式存在，在原子核中有一个质子和一个中子。

重量较轻的氢(也称为氕)比其较重的氢更容易逃离地球的引力进入太空。正因为如此，行星的水通过高层大气逸出会在行星大气中的氘与氢的比例上留下一个明显的特征：留下很大一部分氘。

然而，仅通过大气损失水并不能解释火星大气中观察到的氘氢信号和过去大量的水。相反，该研究提出，两种机制的结合——水在地壳矿物质中的捕获和水向大气的流失——可以解释在火星大气中观察到的氘-氢信号。

当水与岩石相互作用时，化学风化形成粘土和其他含水矿物，这些矿物含有水作为其矿物结构的一部分。这个过程发生在地球和火星上。由于地球是构造活跃的，旧地壳不断融化到地幔中，并在板块边界形成新的地壳，通过火山作用将水和其他分子循环回大气中。然而，火星在构造上大多不活跃，因此表面的“干燥”一旦发生，就是永久性的。

“大气逃逸显然在失水方面发挥了作用，但过去十年火星任务的发现表明，有一个巨大的古代水合矿物水库，随着时间的推移，它们的形成肯定会降低水的可用性，”Ehlmann 说。

“所有这些水很早就被隔离了，然后再也没有循环出去，”Scheller 说。她说，这项研究依赖于陨石、望远镜、卫星观测数据和火星探测器分析的样本数据，说明了以多种方式探测这颗红色星球的重要性。