祝融火星車在烏托邦平原進行巡視雷達勘測，揭示了該區域精細地下分層結構和物性信息。圖片繪製：武漢大學鄧俊

9月26日，中國科學院地質與地球物理研究所火星研究團隊與合作者在一項研究中，通過分析“祝融號”火星車攜帶的次表層探測雷達數據揭示了火星的淺表結構，研究發現該區域數米厚的風化層下存在兩套向上變細的沉積層序，可能反映了約35億~32億年以來，多期次與水活動相關的火表改造過程。同時，該區域火表之下0~80米內未發現液態水存在的證據，但不排除存在鹽冰的可能。相關研究結果發表於《自然》。

2021年5月15日，中國首次火星探測任務天問一號攜帶的“祝融號”火星車在烏托邦平原南部成功著陸後開啟巡視探測。烏托邦平原是火星最大的撞擊盆地，曾經可能是一個巨大的古海洋，預示著火星早期可能存在過宜居環境。烏托邦平原如何演化？現今具有怎樣的地下結構？是否還存在水或冰？中國科學院地質與地球物理研究所聯合中國科學院國家空間科學中心和北京大學，報道了圍繞這些重要科學問題取得的突破性進展。

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。“祝融號”火星車巡視探測攜帶的次表層探測雷達就像“透視眼”一樣，能夠對巡視區地下淺層結構進行精細成像。“雷達會向地下發射電磁波信號，然後反射的信號被接收器接收，我們就用這些信號去看火星地下的結構。”論文通訊作者陳凌向《中國科學報》解釋。

在新的研究中，科研人員對“祝融號”在2021年5月25日至9月6日共103個火星日、長達約 1171米的行程中獲得的低頻雷達數據進行深入分析，得到了淺表80米之上的高精度結構分層圖像和地層物性信息。

有趣的是，他們看到了雷達數據反映出火星淺表的兩個分層結構，而且它們的雷達反射特徵比較一致：每一層都是反射能量隨著深度增加由弱變強。

這反映了哪些火星淺表結構特徵呢？經過理論模擬，研究人員認為該區域的火壤層下存在兩套向上變細的沉積層序。其中，第一套沉積層序位於地下約10~30米，含有較多石塊，與距今大約16億年以來的短時洪水、長期風化或重複隕石撞擊作用有關；第二套沉積層序位於地下約30~80米，其石塊粒徑更大（可達米級），且分佈更為雜亂，反映了更古老、更大規模的火表改造事件。基於撞擊坑統計定年結果推測，這次改造事件可能發生在35億~32億年前，與烏托邦平原南部的大型洪水活動有關。

“祝融號”雷達探測的另一個主要目標是烏托邦平原南部現今是否存在地下水或冰。雷達成像結果顯示，0~80米深度範圍內反射信號強度穩定，介質具有較低的介電常數，排除了巡視路徑下方含有富水層的可能性。熱模擬結果也進一步表明，液態水、硫酸鹽或碳酸鹽滷水難以在“祝融號”火星車著陸區地下100米之內穩定存在，但目前無法排除這個區域內鹽冰存在的可能性。

此次研究為深入認識火星地質演化與環境、氣候變遷提供了重要依據。加拿大約克大學教授和行星科學研究所研究員艾薩克·史密斯等審稿人認為，該研究“以獨特而重要的視角提供了巡視區地下結構的定量約束”，“對人們認識火星地下結構和演化具有重要的意義”。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05147-5