火星在演化上被認(rèn)為代表著“地球未來”，因此針對火星的相關(guān)探測研究長期以來備受關(guān)注?；鹦菧\表是怎樣的結(jié)構(gòu)？是否存在固態(tài)或液態(tài)的水？火星地質(zhì)經(jīng)歷了什么樣的演化過程？……科學(xué)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(jī)拍攝的阿拉伯高地撞擊坑影像，圖像展示了該地區(qū)分布的數(shù)十個撞擊坑的地貌特征。中新社發(fā) 中國科學(xué)院國家天文臺 供圖

(資料圖片)

火星在演化上被認(rèn)為代表著“地球未來”，因此針對火星的相關(guān)探測研究長期以來備受關(guān)注?；鹦菧\表是怎樣的結(jié)構(gòu)？是否存在固態(tài)或液態(tài)的水？火星地質(zhì)經(jīng)歷了什么樣的演化過程？……科學(xué)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(zhì)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(wù)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(dá)數(shù)據(jù)，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所(中科院地質(zhì)地球所)聯(lián)合中科院國家空間科學(xué)中心、北京大學(xué)等合作團(tuán)隊最新完成的研究發(fā)現(xiàn)，“祝融號”火星車著陸區(qū)所在的烏托邦平原南部，其火表數(shù)米厚的風(fēng)化層下存在兩套向上變細(xì)的沉積層序，可能反映了該區(qū)域在距今約35億-32億年以來曾發(fā)生多期次與水活動相關(guān)的火表改造過程。

論文通訊作者、中科院地質(zhì)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(tuán)隊強(qiáng)調(diào)，火星烏托邦平原南部研究區(qū)域現(xiàn)今火表以下80米內(nèi)未發(fā)現(xiàn)液態(tài)水存在的直接證據(jù)，但不排除存在固態(tài)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(tài)或固態(tài)水的可能。

這一火星探測研究領(lǐng)域重要進(jìn)展的成果論文，北京時間9月26日夜間在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。論文發(fā)表前夕，中科院地質(zhì)地球所火星研究團(tuán)隊在北京舉行“祝融號”巡視雷達(dá)揭秘火星淺表結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jīng)可能是一個古海洋，預(yù)示著火星早期可能存在過宜居環(huán)境。而詳細(xì)的火星地下結(jié)構(gòu)和物性信息是研究火星地質(zhì)及其宜居環(huán)境演化的關(guān)鍵依據(jù)，是火星探測的重要內(nèi)容。中國天問一號攜帶的“祝融號”火星車次表層探測雷達(dá)能夠?qū)ρ惨晠^(qū)地下淺層結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)成像，深化人們對烏托邦平原演化、地下水/冰分布等關(guān)鍵科學(xué)問題的認(rèn)識。

中科院最新火星研究成果團(tuán)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(dá)探測，包括中國嫦娥三號、嫦娥四號先后實現(xiàn)對月球正面和背面淺表結(jié)構(gòu)的精細(xì)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(dá)探測。其中，“祝融號”火星車搭載的次表層探測雷達(dá)是世界上首次在火星烏托邦平原實施的巡視器雷達(dá)探測，其雷達(dá)頻帶較寬，實際最大探測深度達(dá)80米，采集的科學(xué)探測數(shù)據(jù)由中國國家航天局發(fā)布后，為科學(xué)家開展火星相關(guān)研究提供了堅實的數(shù)據(jù)保障。

陳凌說，在此次最新研究中，研究團(tuán)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(dá)1171米的“祝融號”火星車低頻雷達(dá)數(shù)據(jù)展開深入分析，獲得火星淺表80米范圍的高精度結(jié)構(gòu)分層圖像和地層物性信息，發(fā)現(xiàn)烏托邦平原南部區(qū)域數(shù)米厚的火壤層之下存在兩套向上變細(xì)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(guān)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(fēng)化或重復(fù)隕石撞擊作用，可能導(dǎo)致了這一套向上變細(xì)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(dá)米級)且分布更為雜亂，反映了更古老、更大規(guī)模的火表改造事件。基于前人的撞擊坑統(tǒng)計定年結(jié)果推測，這次改造事件可能發(fā)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(guān)。

此次火星研究成果科普解讀示意圖。中科院地質(zhì)地球所 供圖

陳凌指出，“祝融號”火星車次表層探測雷達(dá)的另一項主要目標(biāo)，是探測烏托邦平原南部現(xiàn)今是否存在地下水/冰。本項研究的低頻雷達(dá)成像結(jié)果顯示，火表0-80米深度范圍內(nèi)反射信號強(qiáng)度穩(wěn)定，介質(zhì)具有較低的介電常數(shù)，排除了火星車巡視路徑下方含有富水層的可能性。通過進(jìn)一步熱模擬的結(jié)果也表明，液態(tài)水、硫酸鹽或碳酸鹽鹵水難以在“祝融號”火星車著陸區(qū)地下100米之內(nèi)穩(wěn)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(tài)或固態(tài)水的可能，這都有待于未來更持續(xù)深入的探測研究。

她和研究團(tuán)隊表示，中國科學(xué)家利用中國天問一號首次火星探測任務(wù)科學(xué)數(shù)據(jù)取得的本次原創(chuàng)性成果，揭示現(xiàn)今火星淺表精細(xì)結(jié)構(gòu)和物性特征，提供火星可能長期存在水活動的觀測證據(jù)，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(guān)火表改造的復(fù)雜過程，這也改變了人們對火星演化的傳統(tǒng)認(rèn)知。這些科研成果，將為深入認(rèn)識火星地質(zhì)演化與環(huán)境、氣候變遷提供重要依據(jù)，也為認(rèn)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(zhì)地球所 供圖

同時，此次研究成果也對火星演化和結(jié)構(gòu)研究提出一系列新的科學(xué)問題：火表80米之下結(jié)構(gòu)如何？火星多深處有水？哪些區(qū)域有水？火星的“水”影響持續(xù)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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