水，一切地球生命之源。水，由地球上的風暴雲裡降至地表，湍急地在河中流過，波濤澎湃擊打著海岸。水，也曾經在火星上流動著。巨大的洪水，遠超過地球上有史以來的任何記錄，淹沒了自水手峽谷起向北方和東北方延伸的廣大區域，也在火星地表上刻下許多洪水渠道。但溫柔的潺潺涓流也出現過，蜿蜒流過充滿環坑的高地。湖水可能注滿了希臘盆地和銀島盆地，北半球低原可能曾經是北方大洋。這些水的一部份可能被保存到今天，凍結在兩極的冰冠裡或是寒冷的地表之下。幾十億年前，在一個更溫暖和更濕潤的世界裡，水可能擦亮了第一個火星生命，而化石則記錄著當世界不再美好的時候，生命苦苦掙扎的歷程。
°•. 水之讚
在地球上，何處有水，何處就可能有生命。所有的地球生物，即使是那些可以忍受致命氣體或沸騰的溫度的小東西，也需要有水。生命可能就在水中起源，人類即使沒看過海洋也攜帶著水，對大部份的人來說，水佔了體重的絕大部分。
水的作用實在大奇妙了，它是最好的溶劑，可以溶解許多物質，並提供一個介質讓物質互相作用。不像其它液體，水是由上往下凍結，所以生物活在冰層覆蓋的湖泊之下依然能沐浴在水中。水這項有用的性質來自於它凍結時體積會膨脹，因此冰比液態水輕，能浮在水上。相反的，大部份其它液體凍結後的「冰」都會沈到液體底部。
水充滿於整個太陽系，甚至是整個宇宙。它結合了宇宙中兩個最多的、最會起反應的元素：氫和氧。氫來自大霹靂，在宇宙擴張時安頓下來，氧則是存在巨大恆星中，當恆星爆炸時散向太空中。水在外太陽系空間中很常見，土星環就含有水形成的冰，木星、土星、天王星、海王星和冥王星的大部份的衛星也含有水形成的冰。
不過，凍結的水就沒什麼用途。地球是十分特別的，因為它的溫暖能保持水在液態。幾乎百分之九十八的地球水是液態，只有百分之二多一點點是冰，僅僅十萬分之一是水蒸氣。由於液態水的重要性，勾起科學家對木星衛星歐羅巴的興趣，因為它的結冰表面之下可能封著一個海洋，由木星的潮汐力提供暖源。
火星有水，麻煩是它太冷了，任何在地表的水都凍結了。而且，由於紅色行星的大氣既乾燥又稀薄，火星上的冰的行為和地球上不一樣。在冰點(華氏負105度)之下，冰還是冰，不會溶化也不會蒸發。但是在冰點之上，冰緩緩昇華，直接由固體變成氣體，完全不會形成地球上生物以為是天賜的液體水。即使高於華氏32度時，火星上的冰依然行為偏差：例如，在華氏80度時，你將冰塊丟到火星溫暖的地點，它會昇華為氣體；如果你把灑一些液態水到火星溫暖的地點，它會，很奇怪的，結冰。因為其中一部份的水會在火星既乾燥又稀薄的大氣中立刻昇華，快速的蒸發過程中會吸收熱量，造成其餘的液體溫度陡降而結冰；然後冰再慢慢昇華為氣體。
天文學家第一次偵測到水星上水的光譜信號是在1963年，即第一次飛掠火星的前兩年，而這個技術是運河冠軍洛爾所提出的。就像其它物質一樣，水會吸收某一特定波長的光線，因此洛爾試著從火星光譜中分辨出這些吸收訊號。不幸的是地球的潮濕大氣帶來干擾：如何能知道是火星的水還是望遠鏡瞄準方向的空氣中的水蒸氣造成的？
為了解決這個問題，洛爾試著導入都卜勒效應。因為地球和火星都環繞太陽奔馳，火星有時迎向地球，有時反向遠離。當火星迎向地球時，它的光線波長被壓緊，造成藍位移，名詞由來為藍光的波長短；當火星遠離地球時，它的光線波長被拉開，造成紅位移。洛爾認為紅位移和藍位移的現象可以將火星光譜信號和地球的分開，幫他找到火星上的水。
即使洛爾的構想再好，那個時代的科技卻無法趕上他。一直要等到史賓拉德、慕琪和柯普蘭三人使用加州威爾遜天文台的100英吋望遠鏡才實現。他們利用火星的紅位移發現大氣中的水蒸氣，光譜波長在8,200埃附近，非可見紅光，為紅外線範圍。
地球上水的作用不止是蘊育生命，它還侵蝕岩石，再將岩屑由陸地帶往海裡。平均每年地球上的河川傳送140億英噸的沈積物到海裡，若附以地球總人口，大約每人2英噸。水也擔任地形地貌的社工人員，將高地撫平、將低地填高。現代火星上沒有流動的水，這也是造成火星地形極端不同的原因之一。火星得以較好地維持著巍巍高山和低陷盆地，它的古代風貌能很好的紀錄下來，或許紀錄著火星生命苦苦掙扎的歷程。反之，地球上的水充份地支持生命的成長，但也洗去它們誕生的紀錄。
°•. 火星洪水
要證明紅色行星曾有水，最壯觀的證據來自於大洪水。在水手峽谷的北方和東北方有許多洪水渠道，包括卡塞谷、沙爾巴塔納谷、西穆德谷、蒂尤谷、戰神谷等等，它們都注入克利斯低原，也就是海盜一號和探路者降落的北方低原。在火星地形圖上可以看出，這裡大部份的洪水渠道為藍色，長度約數百英哩，切過綠色的區域。洪水渠道自兩艘登陸艇位置向北繼續延伸，至少都到了北緯卅度。
它們除了形狀比較大之外，火星洪水和地球上已知的最大洪水倒是極為相似。約在14,000年前，美洲西北處的太平洋岸，也發生過大洪水。當地在前一次冰河時期為一個巨湖，稱為密蘇拉古湖，在今天的蒙坦那州的西部，其水量約為今日的密西根湖的一半。冰河原來將古湖部份圍繞，當氣候變暖時，冰層突然爆裂，巨量的水釋向西方，衝過今日的華盛頓州和奧瑞岡州，注入太平洋。短短的五百英哩旅程，足以將現在的斯普肯市和波特蘭市淹在水下數百英呎。地球上的洪水也會切割出洪水渠道，現在稱為槽化的史卡布土地，中有許多淚珠形的島嶼，見證大洪水的威力。每一次洪水持續數天，其尖峰流量超過今日的亞馬遜河的數十倍。火星的洪水流量也比地球的大。大部分的火星洪水渠道在晚赫斯珀利亞世形成，有一些離現在很近，約為亞馬遜紀。
什麼事情造成了大洪水？某些流入克利斯低原的洪水渠道發源於一塊不規則的、混亂地形區域。那裡有許多崩陷處，就像是被什麼東西打過，將其下蘊藏的巨量的水釋放出來。這或許是由一場巨大撞擊造成的，撞擊將表面的冰層加熱。又或許是一次火星超大地震，將附近的水手峽谷內的多處湖泊震塌，它們的水全部沖了出來。其它地方，可能是火山噴發，融化了表面冰層，在火星表土上造成洪水。
儘管洪水的戲劇張力十足，但它們不能證明火星曾經有過溫暖的日子。這麼巨量的水，在這麼短的時間傾倒出來，即使在現代冰冷的氣候，它們也不會立刻凍結，也要等到洪水結束之後。火星溫暖氣候的更好的證據是那些細緻的水蝕特徵。
°•. 火星河川
河川一度曾在火星上流動。最早飛往火星的太空船發現到的多半是大災難(環坑們)，一直到水手九號才發現河川的痕跡。河川不像洪水，它代表的是長時期流動的水，顯示一個較溫暖和較潮濕的世界。
火星上有數以百計的乾涸河床，大部份在南半球高地上，切割過佈滿環坑的地區，這片土地可以追溯至遠古的諾亞紀。少數河川則出現在較陡的地形，或是火山上，它們可能是冰層受熱融化形成的短暫河川。即使是現代火星，一條三英呎深的河川，也要一周才會完全凍結。
就像地球上的河川一樣，而且不同於洪水渠道，大部份火星河川開始小小的，到了下游逐漸長大。不過，火星的河川比地球上的河川短，大部份只有10英哩至100英哩，最長的也只有約840英哩。在地球上，歐洲的萊茵河就有840英哩，最長的尼羅河有4,160英哩，將近火星最長河的五倍長度。
這些河川提供證據顯示在諾亞紀的火星的侵蝕率高於現代火星。那些大約在諾亞紀形成的河床都被侵蝕的很厲害，而在諾亞紀結束時形成的那些河床看起來較新鮮，顯示出當由諾亞紀進入赫斯珀利亞紀時侵蝕率陡降，這也建議在那個時候火星失去了許多空氣和水。經由河床的侵蝕情形，以及環坑和噴出物的侵蝕情形，科學家粗略估計火星諾亞紀的侵蝕率大約是現在的一千倍。聽起來好像蠻高的，但就算這個數字是正確的，那也僅僅是現在地球的沙漠的侵蝕率而已。
°•. 天降甘霖？
誠然，火星上可能從來沒看過下雨。是否有下雨是瞭解火星氣候的重要關鍵，因為降雨需要超過冰點以上的溫度。不幸的是，火星的河川不需仰賴降雨。例如地球的南極洲，也不是一個溫暖的地方，它的歐寧克斯河只在每年夏季最溫暖的日子才流動。有些科學家懷疑火星上的河川也是同樣地可憐。在地球上大部份的河川水源來自降雨和汲取地表含水。（地表含水仍然是一種地下水，有別於在地面上流動的水，例如河川)。相反的，火星河川顯示的特徵似乎建議它們只仰賴汲取地表含水。例如，紅色行星上的河川不只是比地球的短，它們的主支流及小支流數目也比較少。此外，它們的小支流都起源於壁龕，另一個汲取地表含水的證據。不像降雨，汲取作用不需要溫暖的氣候，因為河川可以在冰層之下流動。但往好處想，即使是經由汲取地表含水來供應火星河川水量，地表含水由那裡來？地表總要再度濕潤吧？最簡單的方式就是降雨。在2002年時，兩位科學家提出一篇論文，認為古代火星必須有過降雨，不只是重新濕潤地表，也侵蝕了古代環坑。
不幸的是，這樣的解釋和侵蝕作用的時間不能配合。首先，火星全球測量者沒有在納倪第谷內的其它地方發現渠道。其次，納倪第本身僅有幾條支流，如前所述，顯示是經由汲取地表含水供應河流水量，由下而不是由上。再者，如果納倪第真的曾是一條河，它可能是火星最後一條流動的河，因為納倪第谷約是在赫斯珀利亞紀形成的，外表相當新鮮，只顯出一點點在河床乾涸後才形成的侵蝕現象。
°•. 火星湖泊
火星表面上可能不止有河流舞動著，還可能曾點綴著大大小小的湖泊。那些讓太空船傳回來的第一批照片黯然無聊的環坑，它們可能一度充滿了水，它們的浪花衝打著岸邊，閃爍著反射的陽光。
小型的撞擊環坑內可能曾有較小的湖泊。航太總署的艾美思研究中心的科學家團隊將大家的目光帶往蓋爾環坑，它的直徑約105英哩，位於艾利西火山群南方，剛好跨坐在北方低地和南方充滿環坑的高地的分界線上。蓋爾環坑顯示出流線式的台階地，它們可能是湖岸線造成的；還有幾條渠道由北方進入蓋爾環坑。此外，沈積物堆在環坑底部，呈新月型，有點像是牛奶痕留在傾斜的盤子裡。這些新月型的沈積物堆可能是湖泊乾涸時形成的。在它的東邊還有一個環坑座落於低地及高地的分界線上，古雪夫環坑，也是火星精神號的降落地點。該坑位於獨立的阿波林奈瑞斯火山南方，有一條長長的河床由南方充滿環坑的高地進入古雪夫環坑，那就是馬阿迪姆谷，(見右圖)。令人驚訝的是，蓋爾環坑和古雪夫環坑都有年輕的底床，因此這兩個湖在最近應依然存在，估計為亞馬遜紀。或許是附近的火山融化了冰，而水流入環坑內。
在2000年，科學家提出古代火星湖泊的其它證據，他們在火星全球測量者的照片中指出部份岩石是沈積岩。在地球上，沈積岩是塵土沈澱至湖泊底部壓實後形成的。科學家在火星許多地區的照片之中辨認出沈積岩的層次結構，包括水手峽谷之內，表示水手峽谷可能有一段時間也有一個湖泊在內。太空船上利眼般的照相機在這宏偉的峽谷之內掃描，峭壁底部沒有巨大的石頭，牆壁是由細粒物質組成，就如同湖底應有的沈澱物質：黏土、細土和砂。不過，也有科學家認為這種成層結構也可能是火山灰形成的，和水沒有一點兒關係。一個地質學家只要能拿到一個岩石樣本馬上就可以分辨兩者的不同，如果是沈積岩，裡面可能有火星生命的化石呢！
°•. 是否有火星海洋？
如果火星曾經有湖泊，為什麼不能有個海洋呢？在火星地形圖上，北半球低原以藍色顯示，如果真的有火星海洋存在，那裡是最有可能的地點：四分之三的火星渠道通往北方低原。而那些注入克利斯低原的大型洪水渠道，也可能將它們的水貢獻給這個海洋。說不定，這些大洪水曾創造了這個海洋。
火星海洋的理論於1980年代首次被提出，當時噴射推進實驗室的科學家檢視海盜號軌道船的照片時，首先在北方低原上指出可能的海岸線。到了1990年代初期，亞歷桑納大學的科學家們提出形成海洋的一種情境：塔西斯火山群噴發，融化了冰，造成大洪水，衝往北方。由於火山噴發出二氧化碳、水蒸氣及二氧化硫等溫室效應氣體，它們溫暖了火星，融化了更多的冰，形成了海洋。當火山的活動停止了，空氣變稀薄，火星變冷，海洋凍結，冰沈入土壤中。因此冰還在那裡，等待著火山再度噴發。
不過，這個海洋理論在科學界引起一陣騷動。許多科學家表示支持，也有許多表示反對。火星全球測量者的資料為雙方都提供了火力支援。對贊成的一方，太空船上的雷射測高儀顯示北方低原特別地平坦，就如同那裡曾經是海洋一樣；因為水不止可以壓平高地，它也可帶來岩屑填平低窪的地方。在火星地形圖上，除了少數的環坑之外，北方低原看起來幾乎沒有任何特徵，幾乎呈一致的整片藍色，沒有高山或峽谷。
對反對的一方，由火星全球測量者雷射測高儀來檢視那條可能的海岸線，其高低起伏的差異可超過6英哩，這對海洋假說是一個壞消息，因為海岸線就像海洋本身一樣，應該在任何地方都有相同的高度。不過，若是有一個較小的海洋，海岸線內縮一點，水量估計約為地球的大西洋的廿分之一，則就會有一致的海岸線高度。除了三處例外，內縮後的海岸線的高差變化不會超過幾百公尺。三處例外包括：塔西斯火山區域、艾利西火山區域，和一個被命名為萊歐特的環坑，應是撞擊造成了該處地形變化。此外，在這個可能的海岸線之內的火星表面比線外的要平坦，又一個令人鼓舞的消息。而且在此海岸線附近可見台階地形，可能是水衰退時造成的。因此，似乎海洋的假設又扳回一城。不過，由火星全球測量者所拍攝的可能海岸線的照片來看，又沒有任何發現，讓反對的一方可以將海洋假說拋進水裡。
°•. 來自表面組成成份的線索
如果水曾經佔有火星表面的一部份，它應該會改變土地的化學及礦物成份。目前為止，由表面組成成份的線索，指向許多不同的方向。
在1998年，由火星全球測量者的熱放射光譜儀的資料對擁水派有利，因為它發現大量的赤鐵礦。赤鐵礦在地球上是最常見的鐵礦石，它的顏色可以由紅棕色至灰色，甚至為黑色，當它在一片未上釉的瓷板上刮過時，會留下一條紅色的痕跡。大部份的火星赤鐵礦在赤道附近長300英哩的區域中，也就是子午線平原內。該平原位於水手峽谷的東部和東南部，當地的洪水渠道都注入克利斯低原。火星機會號的登陸地點就是子午線平原，命名由來是當地位於火星經線0度，是19世紀的德國天文學家梅得勒和比爾在製作火星地圖時，所選的一塊圓形暗色區域作為參考基點，以測量火星的自轉周期。在子午線平原的赤鐵礦有著粗粒結構，正好是富含鐵質的水之沈澱物型式。水也許是熱的，因為溫度升高會加快化學反應速度。若是如此，水可能來自溫泉，它不止提供了液態水，還提供了能量，也就是生命所需的兩個要件。在赤道上另一個170英哩寬的環坑中也發現了赤鐵礦，該環坑位於子午線平原西方，靠近戰神谷，命名為阿蘭動亂。戰神谷是探路者的登陸地點，某一洪水渠道上游。
在海盜號登陸艇降落地點的土壤中發現高含量的氯和硫，對擁水派也是一個支持證據，尤其是北方大洋的存在，因為兩艘登陸艇都降落在北方低原。如「地」所述，氯可能來自鹽，也就是氯化鈉，當海洋乾涸時覆蓋在原來的海床上。硫可能來自硫酸鹽，在大海中沈澱到底部形成的。換個角度來看，氯和硫可能僅是火山噴出物，例如氫氯酸(氯化氫)和二氧化硫。此外，火星全球測量者的熱放射光譜儀沒有發現任何硫酸鹽存在。
在2000年，火星全球測量者的熱放射光譜儀偵測到一種礦石，顯示火星可能早就變乾了。橄欖石是一種綠色的鐵鎂矽酸鹽，它是地球地函的主要成份，但是在地表卻很少見，因為它在潮濕的大氣中很快就變質。夏威夷的綠色海灘，來自於火山噴發，是地球上少有的橄欖石不罕見的區域。火星上發現橄欖石表示紅色行星在幾十億年的生命中，享受溫暖和潮濕的日子沒有多久。
更糟的是，熱放射光譜儀偵測到了赤鐵礦和橄欖石，卻沒有發現碳酸鹽岩石，例如石灰石。在地球上，碳酸鹽岩石要靠水來形成。雨移去大氣中的二氧化碳，形成碳酸，碳酸侵蝕岩石，將岩石中的鈣和鎂帶至湖泊和海洋中，有機生物利用它們做成外殼或外骨骼，最後形成碳酸鹽岩石。這個過程並不長，如果地球的火山不再供應二氧化碳至大氣中，在一萬年之後二氧化碳就會從大氣中消失，造成所有生命死亡。即使火星沒有降雨，它仍應有碳酸鹽岩石，前提是有一廣大水體。因為即使沒有下雨，二氧化碳仍會溶於水中，即使沒有生命，溶解的二氧化碳也會沈澱在海床上，形成碳酸鹽岩石。如果火星曾經有海洋，它又有一個比地球的濃厚的二氧化碳大氣層，它應該要有100公尺厚度的碳酸鹽岩石。最合理的解釋是火星表面從來沒有足夠多的水。但是，地表水份有可能將碳酸鹽帶往地下，所以太空船才偵測不到。而且，紫外線也會破壞火星表面的碳酸鹽。或者，海洋表面有冰層覆蓋，阻隔了海洋和二氧化碳大氣層的接觸。
幸運的是，科學家不用遠赴火星去研究火星表面；他們也可以研究來自火星的隕石。某些碳酸鹽存在於最古老的火星隕石ALH84001裡面。另一顆年輕一點的火星隕石，命名為拉法葉，內含有伊丁石，是在水中由鏽和黏土混石形成的岩石。在伊丁石內還陷有惰性氣體氪和氙，是在火星大氣中捕捉來的，表示該岩石原來在火星表面上或是很接近火星表面。由於拉法葉十分年輕，才13億年，加上伊丁石，顯示火星表面最近仍有水在流動。還有一顆命名為舍戈蒂的火星隕石，由其組成成份顯示火山噴出的岩漿中含有水。根據一份2001年的研究，在岩漿未噴發前的含水量約為1.8%，所以火山噴發必然釋出了大量的水和水蒸氣，經由溫室效應作用，溫暖了火星。
°•. 火星寒冰
現代火星絕對不夠溫暖，因此，它所有的水幾乎都結成冰了。海盜二號登陸艇，位於北緯48度，就親眼看到了冰。當冬天時，溫度降至二氧化碳的霜點(約華氏零下195度)，地表開始結霜；但是當溫度回升高於二氧化碳的霜點時，霜依然存在。因為剛開始的霜可能包括二氧化碳和火，當地表升溫時，二氧化碳先蒸發，留下水結成的冰。春天持續著，地表溫度升得更高時，水冰也會消失。
火星上最大片的冰位於極冠，會依季節而消長。在北半球的秋天開始時，北極冰冠此時很小，大約只延伸到北緯80度左右。在秋天時，北極上方的雲遮蓋並超過了極冠，迅速地，雲層延伸到北緯50度左右。由於雲層的遮蓋和冬天的黑暗，極冠在底下繼續延伸。在春天開始的時候，雲層先開始散去，此時觀測者可以看到最大的極冠，大約擴展到北緯65度左右。當春天往前，冰開始變暖和消退。在春季中期時，冰冠每天後退約10英哩，在夏季開始後不久，就縮回它最小的樣子。
同樣的消長也發生在南極，不過南極上方沒有一整片的雲層，而是分開的雲層。而且，因為南極的冬天比較長，也比較冷，所以南極冰冠長得更大，可以擴展到南緯50度左右。它甚至可以延伸進入希臘盆地和銀島盆地，令兩個盆地底床在冬天時格外明亮。當冬天結束時，冰冠開始消退，由於地形上的顯著高低差異，它也消退的很不整齊。而且，它消退的也比較慢，因為它比較亮：春天時，北半球的冰冠反射了64%照射在其上的陽光，南半球的冰冠卻反射了82%的陽光。這是因為北半球的冬天是南半球的夏天，沙塵暴帶來許多砂子，使北半球的冰變髒和變暗。
如「地」所簡述，任一極冠實際上都是二合一的極冠。較為動態和淺薄的是季節性極冠，會隨著季節變化而消長，主要是由二氧化碳形成。另一個是永久性極冠，能夠通過夏天的考驗，大部份是水冰組成。如前述，南半球的季節性的極冠比北半球的大：在北半球的冬天時，也就是北半球極冠最大時，10%至15%的火星大氣會消失；但在南半球冬天時，25%的火星大氣會消失。而永久性冰冠則相反，北極的永久性冰冠約有600英哩寬，南極的只有約200英哩寬。
依據火星全球測量者的雷射測高儀的資料，北極極冠在一個盆地上，南極極冠卻在一個隆起地形上。由於雷射測高儀十分精確，它甚至能看到由於季節變化，使極冠長高或變矮數英呎。兩個永久性極冠看起來都像是螺旋形。地球的極冠和它們完全沒有相同之處。在北極冠區域，有一個命名為北方地塹的峽谷，由極冠向外延伸，長度約400英哩。有些科學家認為那可能是一個洪水渠道，是當周期性的氣候改變使極區暖化時造成的，不過火星全球測量者沒有發現洪水的任何特徵，例如流線形島嶼。
極冠含有水冰。要表示行星的水貯存量，科學家計算水的深度，如果把水均勻地覆蓋在行星表面。以地球為例，所有氣態、液態和固態的水加起來，會造成一個約1.7英哩，或是2.7公里深度的全球大洋。火星的數據就小了許多，如「風」所述，火星的大氣十分乾燥，把它所含的氣態水全部加起來，造成的「大洋」將只有千分之一公釐。還好，極冠中含有不少水。在1999年，由火星全球測量者的雷射測高儀資料顯示，較小的南極永久冰冠中的水冰含量可能是北極永久冰冠所含的兩倍。南極永久冰冠中含的水冰可能和地球格陵蘭所含的一樣多。將南北兩極永久冰冠內的水冰加起來，其水冰總量約達地球南極的八分之一。如果這些水冰全部融化，所形成的火星大洋也只有22至33公尺深，還不夠解釋火星的河川和洪水，更不用提湖泊和海洋了。例如，美國地理測量局的科學家估計那些洪水渠道和河床至少需要數百公尺深的水，亦即南北極冠內的水冰量的十倍以上。
那麼水都到那裡去了？兩極的水只佔了一部份，大部份可能都轉入地下並凍結起來。科學家長久以來就預測自緯度40度開始，往兩極的方向，有一層冰的次表面。在這些高緯度區域，次表面的終年溫度都低於華氏零下105度，所以水冰可以存在，不會蒸發。相反地，若是在赤道區域，冰只存在地表深處，因為夏季時接近表面的冰都會因溫度升高而蒸發。
更多的火星寒冰的證據來自「火」，因為火山可以融化冰，例如艾利西火山的西邊，許多條渠道延伸數百英哩就可能有水流過，其中還有淚珠形島嶼。還有，一些通往希臘撞擊盆地的渠道的存在可能也要歸功於盆緣的火山活動。這些渠道間接說明一個可能：更壯大的塔西斯火山機制曾融化足夠多的冰，形成一個海洋。此外，塔西斯熔岩流本身就含有足夠多的水以形成120公尺深的全球大洋。更多的水的證據來自猛烈爆炸型的火山活動。如「火」所述，如果水滲入火山的排氣孔隙，即使是最紳士般的火山也會猛烈爆發，產生火山灰。在艾利西火山附近，以及希臘盆地的泰倫納火山附近都鋪蓋著火山灰。而在塔西斯北方較遠的亞爾拔高地附近，或是較近的什洛尼爾斯小火山附近都可能有火山灰。而在阿其達利亞低原和烏托邦低原上的一些小突丘，就可能是熔岩流經過之後，因為蒸氣產生的爆發而形成。
在2002年，科學家得到一個高興的、預期之中的消息，火星奧迪賽號太空船在南北緯60度都發現了次表面的冰。太空船經由冰的氫原子而偵測到它。因為太空中充滿了帶電粒子，稱為宇宙射線，當它們撞擊火星表面時會釋放出中子。水會減慢中子的速度，這也是核反應爐都使用水的原因。太空船偵測到許多極慢的中子，暗示氫原子的存在，也就是有水。宇宙射線還會激發氫原子放出伽傌射線，太空船同樣也偵測到了。這些冰應該只在表面之下數英呎而已，否則太空船不可能偵測到它。若是火星的北極熊口渴了，它不用往下挖太久！
在過去，火星的冰可能多次形成冰河。地球的自轉及公轉參數的變化範圍都不大，較不易造成冰河時期。如「風」所述，火星的自轉軸振盪幅度很大，可以造成非常惡劣的冰河時期。在1990年代初期，美國地理測量局的科學家和亞歷桑那大學的科學家整理出多項火星特徵，指向火星的冰河作用：例如蛇形丘和冰磧石。蛇形丘冰川留下來的窄窄的堆磧物，冰磧石是冰河刮過造成的石頭和塵土，(下圖為火星南半球某環坑南坡上的冰河)。火星全球測量者的雷射測高儀也證實了先前的推論，希臘盆地的南方盆緣，也就是靠近南極的一邊，是最平滑的位置，或許就是由南極來的冰川將它磨平了。科學家也指出，某些冰河作用可能發生在亞馬遜紀，這表示在火星近代的歷史中，一直有過較溫暖和較潮濕的天候，至少是偶然存在。
°•. 水的逸失
雖然一部份在火星表面流過的水現在以冰的形式存活於高緯度地區，大部份的水卻永久離開了這個行星。一旦水蒸發進入大氣並上升至高空中，它就非常容易受到太陽光的傷害，將它分離為氫和氧。氫在紅色行星的較小重力下，進一步升高並逃離火星。氧若沒有一起逃離的，傾向於找個同伴，和地表的岩石起結合反應。
科學家現在可以試著計算到底有多少水由火星逃離至太空中，因為逃離現象會改變剩下的氫的同位素比例。較輕的、也是最常見的氫同位素是氫–1，有一個質子；氫–2為兩倍重，有一個質子和一個中子，氫–2又稱為氘。氘可做的事和氫是一樣的，例如，大部份的水是一氧化二氫，也有少部份是一氧化二氘。在地球的水裡，氫和氘的比例大約是1比7000，也就是氘–氫比例為0.00015。
愈多的水由火星逃離至太空中，就會造成愈高的氘–氫比，因為較輕的氫比氘更容易逃離。在1987年，夏威夷大學的歐文和他的同事首先在火星大氣中偵測到一氧化二氘的水蒸氣。火星的氘–氫比是地球的五倍，顯示紅色行星的確有大量的水逃離至太空中。
不過，在2000年，亞歷桑納大學的萊欣的研究報告指出：由火星隕石QUE94201內的古代礦石中偵測到的氘–氫比只是地球水的二倍。這個氘–氫比代表的可能是幾十億年前的火星表面的水。比較古代的和現代的氘–氫比，科學家們估計火星可能失去了它的原始水量的三分之二。
地球和火星一開始又是如何獲得水呢？一直到1990年代末期，天文學家認為地球的水來自彗星。彗星基本上是一個髒雪球，當太陽的熱將它的冰蒸發時，它就會出現一條美麗的尾巴。若是真的如此，彗星的氘–氫比和地球的水會相同。天文學家於1986年第一次測得彗星的氘–氫比，當時哈雷彗星造訪地球。令人驚奇的是，彗星有兩倍於地球的氘–氫比。科學家最初以為是偵測錯誤，但在1996年及1997年，當池谷關彗星和海爾鮑普彗星迴歸時，它們也有著兩倍於地球的氘–氫比。因此，地球上大部份的水並不是彗星帶來的，而是來自於類似小行星的行星原質。當初地球就是聚集了行星原質而形成的。
而火星呢，又是不一樣的故事！由來自火星的隕石所顯示的資料，古代火星的水和彗星有相同的氘–氫比，所以紅色行星的表面水有可能是在火星形成之後，來自彗星的撞擊。而形成火星的行星原質應有較低的氘–氫比，就像地球的一樣。但是因為紅色行星少有劇烈的地質活動，這些內層的水不像地球的一樣，有機會升到地表。
°•. 早期火星
古代火星比現代火星來得溫暖和潮濕：有河川流動、侵蝕率比較高、氘–氫比顯示更多的水，以及如「風」所述，大氣中其它元素的同位素比例。河川不一定需要降雨，但是若有降雨，則表示火星表面溫度超過水的凍點溫度。一個如同冰冷沙漠般的火星，它到底如何能有過溫暖氣候呢？
實際上，古代地球也有同樣的謎團。現代地球和太陽的距離近到足以令它保持溫暖和潮濕，但是年輕的太陽的亮度比現在少了百分之卅。這是因為太陽將其核心的氫融合成氦並放出光和熱，氦的質量比氫大，所以太陽核心充滿了氦，當它愈燒愈亮時，其內部的密度就愈高，這樣才能平衡向外擴張的壓力和向內收縮的重力。因此，當太陽剛開始使用其核心的氫燃料時，它的光芒較暗。也就是說，太陽誕生後的25億年間，地球應該是凍結的。但是實際並非如此。因為地球古代的大氣不是像現在一樣由氮和氧所組成的，而是由二氧化碳和水蒸氣組成，這兩種溫室效應氣體溫暖了古代世界。雖然降雨侵蝕了岩石，也移除了大氣中的二氧化碳，但是火山又將它噴回大氣中。幾十億年下來，大部份的二氧化碳最後還是從大氣中離開，現在有相當於60巴的二氧化碳大氣被鎖在碳酸鹽岩石裡，例如石灰岩。當地球由早期的二氧化碳大氣過渡到現代的氮–氧大氣時，它可能承受在它生命中最糟的冰河時期。不過，若是二氧化碳一直留在大氣中，現代的地球會像金星一樣。金星的大氣壓力為93巴，二氧化碳佔96.5%，溫度高達燒焦的華氏860度。
那火星呢？它的火山是否打入足夠多的二氧化碳至大氣中，而使行星表面高於凍點溫度呢？或許答案是否定的。也別奇怪，如同賓州大學的凱斯汀在1991年的報告所指出，二氧化碳的能力是有限的。他發現，以火星冰冷的溫度，二氧化碳在較濃厚的大氣中，會集中在高空位置，因此會溫暖該處的大氣；大部份所形成的熱會逃逸至太空中，而不是溫暖在下方的行星表面。而且，在那裡的二氧化碳可能還會散射陽光，反而使火星變冷。以最新的模型計算，即使古代火星大氣的二氧化碳分壓達到1巴，以年輕的太陽較弱的亮度仍不足使火星表面超過結凍的華氏負50度。
那麼，到底是什麼讓火星曾經溫暖到有河川流動過？或許，有其它溫室效應氣體助了一臂之力。例如，火山同時也噴出了二氧化硫，它的效應比二氧化碳強很多，只要微量就可以將溫度升高不少。硫在火星的含量可能超過地球的，因為硫的融點相當低，紅色行星誕生時離太陽比較遠，硫加入它的機會要大多了。而且，如「地」所述，海盜登陸艇都發現「富硫」的火星土壤。不過，二氧化硫的壽命不長，在火山嗝出它之後，約在十年之後就會消失。
其它可能的溫室效應氣體包括氨和甲烷。就像二氧化硫一樣，它們的效應都比二氧化碳強很多。例如，根據凱斯汀在2003年的一篇報告，其模型推算結果是只要3毫巴的甲烷，雖然仍不足以使火星免於凍結，但可以將火星溫度升高華氏50度左右。不過，這兩種氣體都有麻煩，陽光中的紫外線會將氨(三氫化氮)分解為氮和氫，氫會逃離火星，或是將甲烷(四氫化碳)轉變成更複雜的碳氫化合物。而且，產生甲烷可能需要有生命，如果甲烷是答案，那就陷入了循環論證謬誤：溫暖的行星需要先有生命，有生命需要先有溫暖的行星。
無論如何，不是只有大氣才能溫暖火星。甚至即使大氣中沒有那些特別的溫室效應氣體，像是氨和甲烷，其它的成份，像是二氧化碳加上水蒸氣聯合作用，仍然可以使年輕火星免於凍結。例如，在行星誕生後不久，形成的鐵核心釋放出熱量，可能將行星表面融化，如果表面當時還沒融化。火山可能不止釋放出溫室效應氣體，它也將附近的岩石加熱。不斷撞擊的物體，加熱了行星表面也融化了岩石，將碳酸鹽石頭中的二氧化碳釋放出來。還有，地底下具放射性的鉀、釷、鈾元素衰變時也會放出熱量。把它們全部加起來，這些過程可能給予火星一個類似地球的短暫日子：河川流動著、湖泊點綴著–生命崛起。
°•. 火星生命
火星令人著迷的原因不止是它為地球的近鄰，而且它可能可以回答一個問題：宇宙是否富含著生命。古代地球在它原始的條件下，想辦法孕育了最簡單的生命形式，經過了幾十億年，演化出更複雜的生命，某些終於累積了足夠的智慧，開始探索其它的行星。
和一般大眾認知相反，沒有其它行星有和地球一樣的演化過程，即使天賜給它們像地球一樣的溫暖、日照和海洋。但是，那些行星就算沒有孕育生命，也沒有賦予生命任何權利去輕蔑它們，只因為它們沒有生命存在。只是，生命很容易將他們的存在歸功於他們有顆好的行星。
事實上，演化的路上每一步都可能碰上麻煩。考慮一下第一步，第一個在地球上崛起的生命。非科學家常看不起顯微外星生物，他們覺得無聊，這麼渺小，還不知道是真是假。但是直到今天，地球上最多的生物就是顯微生物，我們大型生物反而是少數份子。而且，顯微生物和應該是創造它們的化學物質相比，是遠為複雜的，生物學家在這點比天文學家領悟得更多。因此，一個好的、溫暖的、潮濕的行星，將它的化學物質晃啊晃的，就恰恰好能孕育出生命的機會是非比尋常的低。你或許認為沒問題，可觀測到的宇宙範圍內，估計有10²²個行星，總有幾個會有生命吧！若是生命在行星崛起的機會是1/10¹ºº呢？那麼在可觀測到的宇宙範圍內，除了地球之外都是沒有生命的。
這個問題的答案可能就在火星的岩石裡。如果火星自行發展出生命，不管是多麼簡單，那麼生命在好的行星崛起的機會不再是1/10¹ºº，而是百分之百。那麼在宇宙中的無數個世界，都有可能發展出生命。科學家就可以坐下來討論其次的兩個步驟：如何由簡單生命演化成複雜生命？如何由複雜生命演化成智慧生命？所以，如果能在火星上發現自行發展的生命，那麼哲學家們、科學家們、理論家們吵了幾個世紀的問題，也得好好的演化一番才行。
不過，即使在地球，古代生命的證據也十分貧乏，因為地球的活動如此頻繁，而且微生物和大型生物不一樣，它們留下的痕跡十分細微。最古老的地球化石在西澳洲發現，約有35億年歷史，也就是說它們出現在地球誕生後的11億年，或是大轟炸停止後的3億年。這些化石是疊層石：當微生物在湖床上被塵土蓋住時，它們會向上移居，到有光線的地方，也攪亂了塵土，最後終於石化為圓頂疊層形狀。
疊層石說不定也存在火星上。「問題不在於事實如何，而是難以去證明它」，一位澳洲的科學家說道，「當它在你眼前出現時，這是在尋找火星生命的過程中一定會發生的。我們可能一下子就找到了疊層石，但我們怎麼知道那不是擬似……的東西？」
在地球上，在化石之外，科學家可以找到更早的生命的假說性證據。在在格陵蘭的38億年的岩石裡，發現了增強的碳–12，這是生命偏好的碳同位素。如果火星生命也是同樣的挑食，那麼在紅色行星岩石裡的碳同位素，也可以提供古代生命的證據，不需要任何化石。
生物學家現在瞭解到地球上的生命可以在很惡劣的環境下生存，甚至繁榮興盛，這也增加在火星或是其它行星上出現生命的機率。例如嗜熱細菌可以生存在沸水中。甲烷活性細菌生活在黑暗中，可以由氫氣和二氧化碳來製造甲烷。嗜鹽細菌可以生活在極鹹的環境裡。厭氧細菌如果曝露在氧氣中會死亡。這些例子帶來無限希望，即使在近代火星的惡劣環境下，生命也可能存在。
不過由於火星很冷，地球上最接近的類比是南極，而生命在南極顯示出無比的適應能力。梅克默多乾谷是冰凍的沙漠氣候，每年極少的降水量，年平均溫度約為華氏零度，即使在夏天也很少高於凍點溫度。不過，生命依舊存在。就在沙岩面對陽光的那一面的裡頭一點點，苔蘚和細菌在黑色的岩石上取暖，捕捉漫射的陽光，剛好夠它們進行光合作用。在罕見的降雪的時候，有些雪花留在岩石內面，等到天暖時就變成液態水。在南極乾谷的其它地點，冰封湖泊的底床都沐浴在水裡，孕育了藻類和其它有機生命，冰讓足夠多的陽光透過以進行光合作用。或許希臘盆地和銀島盆地也曾經有類似情形。
地球上的生物證明了它們有極強的適應能力，不過唯有一件事它們仍然無法適應，那就是缺乏液態水。即使在地球上，在全球最乾的南極乾谷中，也有10%至15%的土壤樣本是沒有生命的。如果現在火星的水完全結成冰，那麼紅色行星很可能是一個死亡行星。反過來說，如果生命曾在火星上崛起，那麼行星的水至少有一部份曾維持液態，再加上生命的韌性，火星生物可能可以存活到今日。
當然，這些推論的前提都是火星生命和地球生命很類似。吊詭的是，科學家研究火星生命的是希望能找到它們與地球生命不同的地方，可是要找到火星生命，唯一能對照比較的卻又是地球生命。
科學家常常假設地球生命是在小行星及彗星的大轟炸結束後才開始，也就是崛起於38億年前。因為大轟炸的撞擊完全毀了地球表面、岩石濺炸，可能還剝離了一部份的地球大氣。不過，這種想法或許保守了一點。就如同在高熱中嗜熱細菌可以在存活，其它生物卻被殺死。或是厭氧細菌碰到氧氣就掛了，人類沒有氧氣就沒救了。或許有一種奇特生命，姑且稱為嗜撞體，能在地球或火星剛形成的8億年間的大轟炸中存活。這些嗜撞體或許偏好混亂，喜愛高熱，特別是融化的岩石，當它們的行星逐漸安定下來時，它們也逐步消失。
要尋找火星生命跡象，天文學家們會從紅色行星何處開始呢？因為沒有人知道地球的生命由何處開始，最聰明的法子也就是最笨的法子，織一張大網，檢查所有不同的地理型態，而不是偏好一、兩處。如果火星曾經有北方大洋，生命可能從它的海床開始。如果希臘盆地、銀島盆地和其它撞擊環坑曾經是湖泊，它們的沈積物中可能保留了古代化石。水手峽谷內的大小峽谷的牆壁上有成層結構，或是子午線平原內富含赤鐵礦的區域，那裡可能也有化石。長期有水流過的的河床，也是理想地點。極冠地區到今天仍然有水，雖然都結成了冰，也可能曾孕育過火星生命，特別是氣候循環到兩極有充份陽光和溫暖的時候。火山的熱量也可能觸發生命，所以塔西斯區域和艾利西區域也是合理的搜尋地點。近年來，生物學家發現不少證據，地球最早的生命偏好高溫，所以火星的熱泉和類似黃石公園的間歇泉處，也可以找找看。目前的探測結果，現代或古代火星都沒有熱泉或間歇泉，不過它們很難由太空中看出來，應該會存在於火山區域裡。最近發現的峽澗溝，是由水切割出來的，也提供一線希望：發現火星生命倖存至今日。
還有一個更複雜的狀況，由來自火星的隕石顯示，物質可由火星來到地球。那麼反過來由地球到火星也有可能。由於地球的重力比較大，反向過程比較難，但這一定可以發生的。如果地球上的微生物在旅程中活了下來，它們可能會污染火星。因此，很不幸的，太空人在紅色行星上發現過去生命的證據，科學家也許永遠搞不清楚它是火星原住民還是地球移民。科學家們研究的目的是：生命如何在一個中等行星上崛起。這回好了，吵不完了，那是不是要考慮小行星帶之外的物體，例如木星的冰封衛星歐羅巴，它離地球比較遠，被污染的可能性比較低。科學家們可以期望火星生命具有某些化學特徵，可以和地球生命區別。但他們又如何確定那些化學特徵不存在於地球古代生命中？地球完全沒有古代化石記錄！
或許發生過相反的情況：生命首先在火星崛起，由隕石搭載而移居地球。果真如此，搜尋火星生物，我們要做的事就是看著鏡子。
°•. 火星隕石中的化石？
在1996年，由麥凱所領導的航太總署位於休士頓的詹森太空中心的科學家團隊宣稱在那顆有45億年歷史的來自火星的隕石ALH84001當中找到顯微生命的化石。在那個時候，大部份的科學家就保持懷疑，現在只有愈來愈多。
雖然有不少證據，麻煩一一來到。首先，對絕大多數的生物學家來說，這假定的細菌實在太小了，小到不像細菌。第二，多環芳烴並不需要活的有機體才能產生，它也存在於那些來自小行星的隕石上，小行星上應該沒有生命。第三，即使沒有生命存在，硫化鐵和氧化鐵也可以在一起出現。第四，結晶磁鐵礦或許真的是火星的細菌在古代有磁場的環境中依磁向排列而形成的，但也有可能是非生物形成的，只是科學家還沒發現這種機制而已。
情境證據也對火星化石理論不利。因為在地球上也很難找到顯微生物的化石，難道我們就這麼幸運，手頭上就這麼幾塊來自火星的隕石，其中就有一塊有顯微生物的化石。
°•. 面對面
這顆可能的火星化石點燃科學家之間引經據典的辯論時，另一張「臉」卻剛好相反。在1976年，海盜一號軌道船拍攝的一張火星表面照片中，有一處地形酷似一張人臉，或許是好玩吧，他們發佈新聞稿讓大眾注意到這項趣味發現。沒想到，有個科學作家在他的專欄「惡作劇園地」中宣稱火星上的這張臉是智慧生命所建造的。
°•. 當壞的事情發生在好的行星上
幾個世紀以來，天文學家將火星由代表戰爭的紅寶石逐步轉變為掌握異星生命秘鑰的近鄰。早期的觀測者看到與地球類似的自轉周期、極冠、白雲、藍色海洋、綠色作物，以及著名的運河等等，引起無窮希望，但當太空船接近造訪時，看到的是一個充滿環坑的世界，現在是又乾又冷，它的最佳歲月早已逝去。
無論如何，仔細地檢查火星的四大元素：「地」、「風」、「火」、「水」之後，你會發現紅色行星可能曾有個好的開始。來自火星的隕石顯示火星誕生時可能是熱的，就如同地球一樣，熱量來自它的鐵核心的形成，以及行星原質的持續撞擊。早期火星的地表可能是融化的，而在地表固化之後，劇烈的火山活動持續，尤其是塔西斯區域，嗝出二氧化碳、水蒸氣和其它氣體進入大氣。板塊活動，也就是大陸漂移現象咀嚼著大地，釋放出更多氣體。小塊的行星原質撞上火星，蒸發物質，繼續對大氣作出貢獻。
溫室效應氣體像是二氧化碳和水蒸氣抓住由年輕的太陽和下方的地表所釋放出的熱量。一個強大的磁場，來自於行星的鐵核心，保護著大氣不受太陽風的侵襲。河川流過火星的山陵，環坑形成了湖泊，北半球低原上可能充滿了水而形成了海洋。就在某一個地方，可能是個溫暖的小水塘，就在間歇熱泉旁邊，離火山氣孔很近，某種化學反應可能觸發了第一個火星生命。這些生命可能釋放甲烷，一種超強溫室效應氣體，進而幫助火星維持溫暖。
不幸的是，火星天生有缺陷。第一，它和地球相比，與太陽的距離遠了百分之五十，而且年輕的太陽的亮度只有現在的百分之七十。其結果是古代火星所收到的陽光只有現代地球的百分之卅。第二，火星出生時重量不足。它本來可以長得和地球一樣大的，但是由於木星的干擾，火星的重量只有地球的百分之十一。
因此，火星出生時就被痛毆了兩拳，受了嚴重內傷，使它必須掙扎著維持一個溫和氣候，讓河川流動，讓生命有機會崛起。與地球和金星相比，由於它個頭不足，火星在受到小行星撞擊時，很容易產生災難性的結果。雖然小型撞擊者可以為火星大氣帶來氣體，但大型撞擊卻會將大氣炸走，數量多寡則沒有人知道。同樣由於個頭不足，它的內部冷卻速度較快，只不過數億年時間，火星就失去了它的磁場。因此，它的大氣對太陽風毫無招架能力，紅色行星高層大氣中的原子、分子一個接一個逃逸至太空中。同樣地由於內部冷卻較快，火山活動愈來愈稀疏，它們對大氣的補充量也愈來愈少，可是此時大氣卻需要更多的補充量以維持火星的溫暖。如果曾有板塊活動，也已經停止，不再由火星內部釋放出氣體。
當火星的大氣受到攻擊時，它可能冷了下來，也可能尚存一口氣。或許火星的生命開始為大氣中加入甲烷，為大地之母抓住熱量，延長了溫暖的氣候。不過，由於紅色行星出生時沒有伴隨一個夠大的月亮，它的自轉軸振盪角度很大，生命不時受到惡劣氣候的淬煉。
大約在紅色行星誕生後八億年，大轟炸停止了。這對火星可能是件好事，也可能是件壞事。一方面，大型撞擊會由火星大氣中移除氣體，它們還會造成生物滅絕。另一方面，不斷發生的撞擊會融化岩石而釋放氣體，尤其是二氧化碳進入大氣中。或許這不僅是一個巧合，在大轟炸停止後不久，火星的氣候就開始變壞。
火星持續地失去它的大氣。行星表面冷卻，空氣開始變乾。河川曾經一度跨過行星表面，此時開始掙扎求生。湖泊凍結，然後開始蒸發。只有火山附近的河川還在流動，但最後仍難逃乾涸。許多水逃逸至太空中，有些移居極冠，有些轉往地下。當最後一滴液態水在火星上消失時，生命也隨之而去。不是每一個故事都有美好的結局，至少行星演化歷史就不是：一個乾、冷、充滿環坑的世界，保留了巍峨的火山、彎曲的河床、深邃的撞擊盆地、寬廣的冰冠，以及可能紀錄著生命如何在這受詛咒的世界崛起和掙扎過程的化石。
火星，給它現在一片欣欣向榮的近鄰上了一個毛骨悚然的課程：好的行星也會變糟。雖然地球現在很溫暖、有水、有陽光、有生命，但現在擁有的一切並不是永恆不變。就像一個偉大的國度會傾圮一樣，偉大的行星也會衰敗。相信在任何一個世界上，如果真有高等智慧生命，他們一定會竭盡所能，從行星的演化過程中去學習，並防衛他們的家園不受任何天然或人為災難的破壤，為他們的子子孫孫保護他們的世界。火星或許沒有足夠的時間演化出足夠智慧的生命來作出任何行動。地球，我們希望，能有此幸運。
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