自2021年5月，由中國航天科技集團有限公司研制的“祝融號”火星車踏上火星表面后，科研人員基于“祝融號”火星車工作期間所獲數(shù)據(jù)的研究持續(xù)深入，成果陸續(xù)發(fā)布。近日，中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院又有一項新的研究成果在國際知名學術(shù)期刊發(fā)表。

該院月球與火星探測雷達研究團隊發(fā)現(xiàn)，位于火星北半球烏托邦平原南部祝融號著陸區(qū)的地下10至35米深處存在多層傾斜沉積結(jié)構(gòu)。這些地質(zhì)特征與地球海岸沉積物高度相似，為火星中低緯度地區(qū)曾存在古代海洋提供了迄今最直接的地下證據(jù)。

火星因其與地球相似的地質(zhì)特征、季節(jié)性變化和晝夜節(jié)律而被科學家視為人類星際移民的首選目標。過去數(shù)十年，人類對火星的探測已取得諸多里程碑成果，但這些發(fā)現(xiàn)大多集中在環(huán)境極端寒冷的火星高緯度或極地區(qū)域，并且關(guān)于火星北部低地是否曾存在浩瀚海洋的爭論始終存在，這使得獲取火星古海洋的直接證據(jù)至關(guān)重要。

“祝融號”火星車搭載有中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院研制的火星次表層穿透雷達，用于探測地下結(jié)構(gòu)和可能存在的水冰。祝融號行駛的路線位于前人提出可能存在的古海洋海岸線以北約280千米處，海拔比該海岸線低約500米。

烏托邦平原地圖、祝融號火星車著陸點和四條可能的古海岸線

研究團隊通過分析祝融號雷達低頻通道實測數(shù)據(jù)，在火星車沿途地表以下10至35米深度范圍內(nèi)識別出76個地下傾斜反射體。這些發(fā)射體空間分布廣泛且均勻，覆蓋范圍超過1.3千米，所有反射體均呈現(xiàn)向北方低地方向傾斜的特征，傾角介于6°至20°之間、平均傾角為14.5°，且在相同位置的不同深度可觀測到多個平行分布的反射體。

這些層理結(jié)構(gòu)與地球沿海沉積物的雷達成像結(jié)果十分相似，其一致性和物理特性排除了風成沙堆、熔巖管道或河流沖積等其他成因。這些沉積物的大規(guī)模存在表明，風浪驅(qū)動的沿岸輸送為海岸線提供了穩(wěn)定的泥沙凈流入，并形成了海岸線前積層，這種結(jié)構(gòu)只有在持久穩(wěn)定的大型水體環(huán)境中才能形成，而非僅僅是局部和短暫的融水現(xiàn)象。

火星上探測到的傾斜反射與地球海洋沉積物的對比
(A) 澳大利亞Shark Bay濱海沉積物的探地雷達圖像
(B) 祝融號火星次表層穿透雷達低頻通道雷達剖面圖

這項研究不僅提供了火星北部平原曾存在古代海洋的關(guān)鍵地下證據(jù)，還揭示了火星曾經(jīng)經(jīng)歷過長期溫暖濕潤的氣候期，這意味著火星曾長期維持適宜液態(tài)水存在的溫度和氣壓條件。此外，研究發(fā)現(xiàn)的海岸線沉積物電介質(zhì)特性與地球上由細砂和中砂顆粒的介電常數(shù)一致，這也進一步證實了其海洋沉積物的性質(zhì)。

祝融號著陸點傾斜沉積結(jié)構(gòu)形成過程的示意圖
(A) 潮汐沉積作用下形成的分層結(jié)構(gòu)
(B) 隨著古代海岸線后退，液態(tài)水消失，沉積作用停止。隨后長期物理和化學風化改變了巖石和礦物的性質(zhì)，導致火星表面層的形成。因此，沉積物被當前的火星表面土壤覆蓋

此次發(fā)現(xiàn)的最大意義，在于將火星液態(tài)水的證據(jù)從火星人跡罕至的極地地區(qū)，擴展到了更適合人類活動的中低緯度地區(qū)，證實了火星曾經(jīng)是宜居的。如果這一區(qū)域曾存在海洋，那么隨著氣候變遷，大量水分可能以地下冰的形式被封存，為未來火星基地的水資源利用提供了可能，也將大大降低火星基地的建設(shè)和維護成本。

此外，這些古海洋沉積物保存了火星氣候變化的歷史記錄，研究這些沉積物可以幫助我們理解火星如何從溫暖濕潤轉(zhuǎn)變?yōu)楹涓稍铮M而指導人類如何改造火星環(huán)境，實現(xiàn)火星的長期可持續(xù)居住。