火星在演化上被认为代表着＂地球未来＂，因此针对火星的相关探测研究长期以来备受关注。火星浅表是怎样的结构？是否存在固态或液态的水？火星地质经历了什么样的演化过程？……科学家和大众对这些问题都有浓厚的兴趣。
　　利用中国首次火星探测任务天问一号所携＂祝融号＂火星车2021年5月成功着陆火星后巡视探测获得的雷达数据，中国科学院地质与地球物理研究所(中科院地质地球所)联合中科院国家空间科学中心、北京大学等合作团队最新完成的研究发现，＂祝融号＂火星车着陆区所在的乌托邦平原南部，其火表数米厚的风化层下存在两套向上变细的沉积层序，可能反映了该区域在距今约35亿-32亿年以来曾发生多期次与水活动相关的火表改造过程。
　　研究团队强调，火星乌托邦平原南部研究区域现今火表以下80米内未发现液态水存在的直接证据，但不排除存在固态的盐冰的可能，同时也不排除火星更深的地下空间存在液态或固态水的可能。
　　这一火星探测研究领域重要进展的成果论文，北京时间9月26日夜间在国际著名学术期刊《自然》上线发表。论文发表前夕，中科院地质地球所火星研究团队在北京举行＂祝融号＂巡视雷达揭秘火星浅表结构媒体解读会，科普他们合作完成的火星科研成果。
　　论文通讯作者、中科院地质地球所陈凌研究员介绍，乌托邦平原是火星最大的撞击盆地，曾经可能是一个古海洋，预示着火星早期可能存在过宜居环境。而详细的火星地下结构和物性信息是研究火星地质及其宜居环境演化的关键依据，是火星探测的重要内容。中国天问一号携带的＂祝融号＂火星车次表层探测雷达能够对巡视区地下浅层结构进行精细成像，深化人们对乌托邦平原演化、地下水/冰分布等关键科学问题的认识。
　　迄今为止，人类在地外天体上共开展4次巡视雷达探测，包括中国嫦娥三号、嫦娥四号先后实现对月球正面和背面浅表结构的精细探测；美国＂毅力号＂和中国＂祝融号＂火星车于2021年分别对杰泽罗撞击坑边缘、乌托邦平原南部开启火星巡视雷达探测。其中，＂祝融号＂火星车搭载的次表层探测雷达是世界上首次在火星乌托邦平原实施的巡视器雷达探测，其雷达频带较宽，实际最大探测深度达80米，采集的科学探测数据由中国国家航天局发布后，为科学家开展火星相关研究提供了坚实的数据保障。
　　陈凌说，在此次最新研究中，研究团队对前113个火星日(1个火星日即火星上一＂昼夜＂，比地球长约2分钟)、探测长度达1171米的＂祝融号＂火星车低频雷达数据展开深入分析，获得火星浅表80米范围的高精度结构分层图像和地层物性信息，发现乌托邦平原南部区域数米厚的火壤层之下存在两套向上变细的沉积层序，可能反映了约35亿-32亿年以来多期次与水活动相关的火表改造过程。
　　第一套层序位于火表地下约10-30米，含有较多石块，其粒径随深度逐渐增大。距今大约16亿年以来的短时洪水、长期风化或重复陨石撞击作用，可能导致了这一套向上变细沉积层序的形成。
　　第二套层序位于火表地下约30-80米，其石块粒径更大(可达米级)且分布更为杂乱，反映了更古老、更大规模的火表改造事件。基于前人的撞击坑统计定年结果推测，这次改造事件可能发生在距今35亿-32亿年前，与乌托邦平原南部的大型洪水活动有关。
　　陈凌指出，＂祝融号＂火星车次表层探测雷达的另一项主要目标，是探测乌托邦平原南部现今是否存在地下水/冰。本项研究的低频雷达成像结果显示，火表0-80米深度范围内反射信号强度稳定，介质具有较低的介电常数，排除了火星车巡视路径下方含有富水层的可能性。通过进一步热模拟的结果也表明，液态水、硫酸盐或碳酸盐卤水难以在＂祝融号＂火星车着陆区地下100米之内稳定存在，但目前无法排除盐冰存在的可能性，同时也不能排除更深地下空间存在液态或固态水的可能，这都有待于未来更持续深入的探测研究。
　　她和研究团队表示，中国科学家利用中国天问一号首次火星探测任务科学数据取得的本次原创性成果，揭示现今火星浅表精细结构和物性特征，提供火星可能长期存在水活动的观测证据，其中，研究表明火星在整体变干旱的演化大背景下，火星演化在约35亿-32亿年前还存在水活动相关火表改造的复杂过程，这也改变了人们对火星演化的传统认知。这些科研成果，将为深入认识火星地质演化与环境、气候变迁提供重要依据，也为认识地球未来演化提供重要参考。
　　同时，此次研究成果也对火星演化和结构研究提出一系列新的科学问题：火表80米之下结构如何？火星多深处有水？哪些区域有水？火星的＂水＂影响持续多久？这些也都为未来火星探测和研究提供了新的思路和方向。
　　栏目主编：秦红 文字编辑：房颖 题图来源：图虫创意 图片编辑：雍凯

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