火星在演化上被認為代表著“地球未來”，因此針對火星的相關探測研究長期以來備受關注。火星淺表是怎樣的結構？是否存在固態或液態的水？火星地質經歷了什么樣的演化過程？……科學家和大眾對這些問題都有濃厚的興趣。

2022年6月29日，中國國家航天局日公布天問一號探測器近期拍攝的火星影像。圖為中分相機拍攝的阿拉伯高地撞擊坑影像，圖像展示了該地區分布的數十個撞擊坑的地貌特征。中新社發 中國科學院國家天文臺 供圖

(資料圖片)

火星在演化上被認為代表著“地球未來”，因此針對火星的相關探測研究長期以來備受關注。火星淺表是怎樣的結構？是否存在固態或液態的水？火星地質經歷了什么樣的演化過程？……科學家和大眾對這些問題都有濃厚的興趣。

論文通訊作者、中科院地質地球所陳凌研究員科普解讀最新火星研究成果。中新社記者 孫自法 攝

利用中國首次火星探測任務天問一號所攜“祝融號”火星車2021年5月成功著陸火星后巡視探測獲得的雷達數據，中國科學院地質與地球物理研究所(中科院地質地球所)聯合中科院國家空間科學中心、北京大學等合作團隊最新完成的研究發現，“祝融號”火星車著陸區所在的烏托邦平原南部，其火表數米厚的風化層下存在兩套向上變細的沉積層序，可能反映了該區域在距今約35億-32億年以來曾發生多期次與水活動相關的火表改造過程。

論文通訊作者、中科院地質地球所陳凌研究員科普解讀最新火星研究成果。中新社記者 孫自法 攝

研究團隊強調，火星烏托邦平原南部研究區域現今火表以下80米內未發現液態水存在的直接證據，但不排除存在固態的鹽冰的可能，同時也不排除火星更深的地下空間存在液態或固態水的可能。

這一火星探測研究領域重要進展的成果論文，北京時間9月26日夜間在國際著名學術期刊《自然》上線發表。論文發表前夕，中科院地質地球所火星研究團隊在北京舉行“祝融號”巡視雷達揭秘火星淺表結構媒體解讀會，科普他們合作完成的火星科研成果。

論文通訊作者、中科院地質地球所陳凌研究員介紹，烏托邦平原是火星最大的撞擊盆地，曾經可能是一個古海洋，預示著火星早期可能存在過宜居環境。而詳細的火星地下結構和物性信息是研究火星地質及其宜居環境演化的關鍵依據，是火星探測的重要內容。中國天問一號攜帶的“祝融號”火星車次表層探測雷達能夠對巡視區地下淺層結構進行精細成像，深化人們對烏托邦平原演化、地下水/冰分布等關鍵科學問題的認識。

中科院最新火星研究成果團隊代表合影。中新社記者 孫自法 攝

迄今為止，人類在地外天體上共開展4次巡視雷達探測，包括中國嫦娥三號、嫦娥四號先后實現對月球正面和背面淺表結構的精細探測；美國“毅力號”和中國“祝融號”火星車于2021年分別對杰澤羅撞擊坑邊緣、烏托邦平原南部開啟火星巡視雷達探測。其中，“祝融號”火星車搭載的次表層探測雷達是世界上首次在火星烏托邦平原實施的巡視器雷達探測，其雷達頻帶較寬，實際最大探測深度達80米，采集的科學探測數據由中國國家航天局發布后，為科學家開展火星相關研究提供了堅實的數據保障。

陳凌說，在此次最新研究中，研究團隊對前113個火星日(1個火星日即火星上一“晝夜”，比地球長約2分鐘)、探測長度達1171米的“祝融號”火星車低頻雷達數據展開深入分析，獲得火星淺表80米范圍的高精度結構分層圖像和地層物性信息，發現烏托邦平原南部區域數米厚的火壤層之下存在兩套向上變細的沉積層序，可能反映了約35億-32億年以來多期次與水活動相關的火表改造過程。

第一套層序位于火表地下約10-30米，含有較多石塊，其粒徑隨深度逐漸增大。距今大約16億年以來的短時洪水、長期風化或重復隕石撞擊作用，可能導致了這一套向上變細沉積層序的形成。

第二套層序位于火表地下約30-80米，其石塊粒徑更大(可達米級)且分布更為雜亂，反映了更古老、更大規模的火表改造事件。基于前人的撞擊坑統計定年結果推測，這次改造事件可能發生在距今35億-32億年前，與烏托邦平原南部的大型洪水活動有關。

此次火星研究成果科普解讀示意圖。中科院地質地球所 供圖

陳凌指出，“祝融號”火星車次表層探測雷達的另一項主要目標，是探測烏托邦平原南部現今是否存在地下水/冰。本項研究的低頻雷達成像結果顯示，火表0-80米深度范圍內反射信號強度穩定，介質具有較低的介電常數，排除了火星車巡視路徑下方含有富水層的可能性。通過進一步熱模擬的結果也表明，液態水、硫酸鹽或碳酸鹽鹵水難以在“祝融號”火星車著陸區地下100米之內穩定存在，但目前無法排除鹽冰存在的可能性，同時也不能排除更深地下空間存在液態或固態水的可能，這都有待于未來更持續深入的探測研究。

她和研究團隊表示，中國科學家利用中國天問一號首次火星探測任務科學數據取得的本次原創性成果，揭示現今火星淺表精細結構和物性特征，提供火星可能長期存在水活動的觀測證據，其中，研究表明火星在整體變干旱的演化大背景下，火星演化在約35億-32億年前還存在水活動相關火表改造的復雜過程，這也改變了人們對火星演化的傳統認知。這些科研成果，將為深入認識火星地質演化與環境、氣候變遷提供重要依據，也為認識地球未來演化提供重要參考。

此次火星研究成果科普解讀示意圖。中科院地質地球所 供圖

同時，此次研究成果也對火星演化和結構研究提出一系列新的科學問題：火表80米之下結構如何？火星多深處有水？哪些區域有水？火星的“水”影響持續多久？這些也都為未來火星探測和研究提供了新的思路和方向。

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