2004年，火星快车发现曾经的海岸线和沉积物：如今的火星表面类似于地球上的戈壁滩，是一片不毛之地。但已有证据显示，火星上曾经两度存在海洋。大约40亿年前，随着气候逐渐变暖，埋藏在地下的大量冰融化后涌出地面，形成了最早的火星海洋。之后环境恶化，液态水逐渐退回并冻结于地下。另一次火星海洋则出现在30亿年前。
2004年欧洲空间局发射的火星快车，获得了火星的可见光图像数据、矿物分析数据，以及大气观测结果，证明火星曾经有水。但是，曾经庞大的火星地表水体后来到哪里去了呢?
2012年2月，火星快车上的雷达探测结果展示了火星地表以下60~80米的情况，发现北部平原的地下存在一层低密度物质，可能是某种富含冰的沉积物。这层低密度物质让人不由地联想到地球海床中也有类似的沉积物。更重要的是，这层物质正好位于此前任务发现的火星海岸线以内。这说明火星干涸的北部平原在数十亿年前可能是一片汪洋，如今的红色行星可能曾经是一个蓝色星球。
火星的北部平原在数十亿年前可能是一片汪洋(左)，火星快车探测器发现的“海床”沉积物恰好位于火星的古海岸线以内(右)。
雷达探测在火星北部平原发现了一层低密度物质
2005年发射的火星勘测轨道器发现仍在流动的液态水：火星勘测轨道器的高分辨相机在火星表面发现了季节性坡纹，这是一种颜色较暗(即反射率较低)的狭长条纹，在火星表面相当活跃。Lujendra Ojha发现，当气温上升时，季节性坡纹开始形成并发育壮大，一般在：当气温下降天气寒冷时，这些坡纹又会消失不见。即一般从春季开始出现，在整个夏季变得越来越明显，到秋冬季节逐渐消失。由于季节性坡纹的光谱与水合盐类物质的光谱具有相同的吸收特征，推测季节性坡纹中存在水合盐类;最后，根据季节性坡纹中光谱监测到的水合盐类含量的变化，可以确定这些季节性坡纹是由水流作用形成的。这说明，即便在远低于零摄氏度的低温下，火星上仍然存在富含高氯酸盐的卤水，并且具有一定流动性。
2008年，凤凰号发现土壤中的水：2008年5月25日，凤凰号在火星北半球的北方大平原着陆。它在北极附近的永久冻土带采集和分析火星土壤样本，进行了5个月的成功探测，首次证实火星上确实有水存在。凤凰号还发现了火星土壤中含有高氯酸盐，这是许多微生物赖以生存的化学物质。
凤凰号着陆器有一个高温炉和质谱仪的结合体——热量和挥发气体分析仪，用来分析火星土壤样品。机械臂于2008年5月31日首次接触火星土壤，挖掘的土壤样品被送到该仪器的高温炉中密封并加热。当温度加热到0摄氏度时，质谱仪检测到了水蒸汽，证实火星土壤中含有水冰。凤凰号上的相机甚至在着陆腿上观察到了露珠，说明火星大气中含有水。当高温炉持续加热到1000摄氏度时，土壤中的其他挥发性物质会蒸发成气体，通过惰性载体送到质谱仪，即可检测到土壤中存在的微量有机分子。
2011年，好奇号发现黄刀湾淡水湖：2011年11月26日，美国发射了好奇号火星车，于2012年8月6日登陆火星。好奇号耗资26亿美元，重899公斤，外壳宽4.5米。重量是机遇号和勇气号的3倍，体积是他们的2倍，大致相当于一辆SUV汽车。
好奇号搭载了11种不同的科学仪器，是人类有史以来制造的体积最大、性能最高，也是最昂贵的火星车。好奇号着陆在火星盖尔坑内中心山脉的山脚下，科学使命是探索火星在历史上或如今的环境下是否适宜生命生存，为最终发现火星生命做准备。
2012年9月，好奇号发回了距离着陆点400米的“格莱内尔格”区域中古老河床砾岩层的图像。这些图像展示了砾岩中的石子大小和形状。石子大小介于沙粒到乒乓球之间，其中不少是圆形的，很像是地球上河床底部的鹅卵石。石子的形状和大小组合透露出它们是被水流长期冲刷、磨蚀而成的。若要冲刷形成这种尺寸的光滑鹅卵石，河流的水速应该为每秒0.2米至0.75米之间，水深在0.03米至0.9米之间。
2012年在盖尔坑着陆后，好奇号发现着陆点附近有一个深达5米的沟槽，其中存在热异常现象。好奇号对沟底的沉积岩进行了钻探分析，结果证实36亿年前那里曾经是一个至少存在了数万年的湖泊，湖泊长约50千米，宽约5千米。湖泊遗迹所在区域被命名为“黄刀湾”。
科学家分析了从黄刀湾两块岩石样本中提取的粘土，发现湖底区域的pH值呈中性，盐度很低，说明黄刀湾曾经是一个淡水湖。而当时火星上的其它地区要么已经干涸，要么分布着含盐量高、不适合生命存活的酸性湖泊。
好奇号在湖底沉积物中还发现了碳、氢、氧、硫、氮和磷等关键生命元素，表明黄刀湾理论上可以支持一些简单微生物的生存，这些自养型的原核微生物能通过分解岩石和矿物获取能量。在地球上某些洞穴和热泉喷口，也经常可以见到这类微生物。
黄刀湾在盖尔坑内的位置
好奇号火星车上的桅杆相机拍摄的照片显示，盖尔坑里的Glenlg区域分布着一系列沉积岩，图中是在黄刀湾西北方向观察到的情形。
黄刀湾的地质构造。好奇号所在的“羊床”(Sheepbed)是其中地势最低的地方，它分别在John Klein和Cumberland两点进行了钻孔取样。
黄刀湾的水体平静，水质中性，拥有丰富的、生命所需的化学成分等，这些都是生命存活的重要条件，说明黄刀湾曾经是一个非常适合火星生命存活的湖泊(见2013年12月9日Science杂志)。虽然科学家还没有掌握火星存在远古生命的直接证据，但这无疑是火星生命搜寻过程中非常积极的突破性进展。
好奇号的主要任务是寻找火星上可能适宜生命生存的地质环境，火星车上并没有配备可以直接探测生命迹象的工具，所以寻找有机碳就成为搜寻火星生命的重要途径。在火星上高强度的宇宙射线照射下，有机碳在火星表面的保存时间有限。好奇号的钻探设备可以钻至5厘米深处的岩石样本，有机碳在这一深度的岩石中可以保存7000万年左右。下一步，好奇号将寻找化学条件更利于保存有机物、有机物含量较高、辐射暴露时间较短的岩石样本。一旦好奇号检测到有机碳，那将是火星曾经有过生命的直接证据。show4
参考文献
A。Diez，Science 10.1126/science.aau1829(2018)。
R。Orosei et al。，Science 10.1126/science.aar7268(2018)。
