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火星水文是研究火星表面水的狀態。相較於地球，液態水在火星表面幾乎不存在。火星的水大多鎖在永久凍土和極冠等冰凍圈（Cryosphere），所以在火星表面沒有足夠的液態水可以形成水圈。只有極少量的水蒸氣存在於火星大氣層。

現在火星表面環境因為大氣壓力和溫度過低，會讓液態水蒸發或凝固而無法存在。因此研究人員研究古代火星的水文遺蹟，重建火星古代可能存在的海洋（英語：Mars ocean hypothesis）。但仍無法解答液態水消失的原因。

目前已有許多直接和間接證據證明火星表面有液態水間歇性存在於表面或地表下；例如河床、極冠、光譜、被侵蝕的撞擊坑和針鐵礦等礦物都直接顯示火星曾經存在液態水。在一篇《地球物理研究期刊》（Journal of Geophysical Research, JGR）的文章中，科學家研究地球南極冰層下的沃斯托克湖後認為液態水可能仍存在於火星。研究人員認為如果渥斯托克湖在永凍冰層出現以前就存在，那該湖可能並未凍結。因此火星如果仍有液態水存在，可能以冰下湖的形式存在於冰冠下。

2015年9月28日，NASA根據火星勘測軌道衛星的探測，現在的火星表面間歇性存在液態水。

探測器的發現

水手9號

水手9號拍攝的影像中發現河床、峽谷（包含水手號谷，一個長達4200公里的峽谷系統）、水流侵蝕、鋒面、霧等，首先揭露火星表面曾經有水的證據。之後的海盜號接續水手9號。巨大的水手號峽谷系統命名就是為了對水手9號任務表達敬意。

水手9號拍攝的斯卡曼德洛斯谷（Scamander Vallis）的曲流，這表示曾有大量水流在火星表面。

水手9號拍攝的瓦伊哥谷（Warrego Valles），是雨或雪的作用形成此種河道系統的證據。

海盜號

海盜號在火星表面發現許多因為大量水流才能造成的地表特徵，引發學界對火星表面是否有水的觀點革命。巨大的河谷在火星許多地方發現，這些峽谷可看到洪水突破障礙切出深谷，在岩床上留下痕跡且移動數千公里。南半球有大片區域有河道網絡顯示曾經有降雨。一些火山的邊緣被認為是因為降雨而暴露出岩石，因為在夏威夷群島的火山也有類似地形特徵。許多撞擊坑的型態看起來就像撞擊物撞入濕泥地；當撞擊坑形成時，土壤中的冰可能融化使表面變成濕泥地在表面流動。正常情況下表面物質在撞擊後會上升再下降，但在火星一些撞擊坑並不會在表面流動，因為周圍有許多障礙。混沌地形看起來像有大量的水流過，在較下游處造成大型的河道。這些水流的規模是難以想像的－可能是密西西比河流量的十倍。地下的火山活動可能曾經融化冰層，大量水流流失以後地表塌陷形成混沌地形。

火星水的來源

火山噴發時會分出富含水蒸氣和二氧化碳的氣體。因此早期火星大氣因為火山噴發的關係，厚度超過地球大氣。從火山噴出的水蒸氣可能足以使火星表面被120米深的水淹沒。此外，大氣中大量的二氧化碳會吸收紅外線的熱能，產生溫室效應造成火星溫度上升。所以塔爾西斯的熔岩噴發可能使遠古的火星跟地球很類似。古代火星可能有濃密大氣、海洋、湖泊存在。

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