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火星水文是研究火星表面水的状态。相较于地球，液态水在火星表面几乎不存在。火星的水大多锁在永久冻土和极冠等冰冻圈（Cryosphere），所以在火星表面没有足够的液态水可以形成水圈。只有极少量的水蒸气存在于火星大气层。

现在火星表面环境因为大气压力和温度过低，会让液态水蒸发或凝固而无法存在。因此研究人员研究古代火星的水文遗迹，重建火星古代可能存在的海洋（英语：Mars ocean hypothesis）。但仍无法解答液态水消失的原因。

目前已有许多直接和间接证据证明火星表面有液态水间歇性存在于表面或地表下；例如河床、极冠、光谱、被侵蚀的撞击坑和针铁矿等矿物都直接显示火星曾经存在液态水。在一篇《地球物理研究期刊》（Journal of Geophysical Research, JGR）的文章中，科学家研究地球南极冰层下的沃斯托克湖后认为液态水可能仍存在于火星。研究人员认为如果渥斯托克湖在永冻冰层出现以前就存在，那该湖可能并未冻结。因此火星如果仍有液态水存在，可能以冰下湖的形式存在于冰冠下。

2015年9月28日，NASA根据火星勘测轨道卫星的探测，现在的火星表面间歇性存在液态水。

探测器的发现

水手9号

水手9号拍摄的影像中发现河床、峡谷（包含水手号谷，一个长达4200公里的峡谷系统）、水流侵蚀、锋面、雾等，首先揭露火星表面曾经有水的证据。之后的海盗号接续水手9号。巨大的水手号峡谷系统命名就是为了对水手9号任务表达敬意。

水手9号拍摄的斯卡曼德洛斯谷（Scamander Vallis）的曲流，这表示曾有大量水流在火星表面。

水手9号拍摄的瓦伊哥谷（Warrego Valles），是雨或雪的作用形成此种河道系统的证据。

海盗号

海盗号在火星表面发现许多因为大量水流才能造成的地表特征，引发学界对火星表面是否有水的观点革命。巨大的河谷在火星许多地方发现，这些峡谷可看到洪水突破障碍切出深谷，在岩床上留下痕迹且移动数千公里。南半球有大片区域有河道网络显示曾经有降雨。一些火山的边缘被认为是因为降雨而暴露出岩石，因为在夏威夷群岛的火山也有类似地形特征。许多撞击坑的型态看起来就像撞击物撞入湿泥地；当撞击坑形成时，土壤中的冰可能融化使表面变成湿泥地在表面流动。正常情况下表面物质在撞击后会上升再下降，但在火星一些撞击坑并不会在表面流动，因为周围有许多障碍。混沌地形看起来像有大量的水流过，在较下游处造成大型的河道。这些水流的规模是难以想像的－可能是密西西比河流量的十倍。地下的火山活动可能曾经融化冰层，大量水流流失以后地表塌陷形成混沌地形。

火星水的来源

火山喷发时会分出富含水蒸气和二氧化碳的气体。因此早期火星大气因为火山喷发的关系，厚度超过地球大气。从火山喷出的水蒸气可能足以使火星表面被120米深的水淹没。此外，大气中大量的二氧化碳会吸收红外线的热能，产生温室效应造成火星温度上升。所以塔尔西斯的熔岩喷发可能使远古的火星跟地球很类似。古代火星可能有浓密大气、海洋、湖泊存在。

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