火星的乌托邦平原南部，现在能找到液态水吗？中国科学院地质与地球物理研究所联合中国科学院国家空间科学中心和北京大学，通过对“祝融号”火星车巡视雷达数据的分析发现，火星可能长期存在水活动，在着陆区火表以下0-80米，未发现液态水现今还存在的证据，但不排除存在盐冰的可能。相关研究结果于北京时间9月26日晚在国际学术期刊《自然》发表。
【世界首次在乌托邦平原实施巡视雷达探测】
2021年5月15日，我国首次火星探测任务“天问一号”携带“祝融号”火星车，在乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆。乌托邦平原是火星最大的撞击盆地，前人研究发现，这里曾经气候温暖湿润，预示着火星早期可能存在过宜居环境。
从温暖湿润到寒冷干燥，火星的地质如何演化？如今是否还存在水或冰？这是“天问一号”火星探测想要探寻的重要问题。“祝融号”火星车搭载的次表层探测雷达，是世界上首次在乌托邦平原实施的巡视雷达探测器，能够对巡视区地下浅层结构进行精细成像。到目前为止，人类在地外天体一共开展了四次巡视雷达探测。其中，我国“嫦娥三号”和“嫦娥四号”分别实现了对月球正面和背面浅表结构的精细探测。美国“毅力号”和我国“祝融号”火星车于2021年先后开启了火星巡视雷达探测。“毅力号”的探测区域为杰泽罗撞击坑边缘，其实际最大探测深度为15米。“祝融号”火星车探测区域为乌托邦平原南部，其雷达频带较宽，实际最大探测深度达80米。
【可能多次发生与水活动相关的火表改造】
跟月球不一样，“祝融号”火星车着陆区分布着凹锥、壁垒撞击坑、沟槽等，这些地貌表明可能与水活动之间存在重要联系。
在此次最新研究中，科研人员提供了火星可能长期存在水活动的观测证据。他们对前113个火星日、探测长度达1171米的“祝融号”火星车低频雷达数据展开了深入分析，获得了浅表80米之上的高精度结构分层图像和地层物性信息。
探测长度达1171米
研究发现，该区域数米厚的火壤层之下存在两套向上变细的沉积层序，这可能反映了约35亿-32亿年以来，曾多次发生与水活动相关的火表改造。第一套层序位于地下约10-30米，含有较多石块，其粒径随深度逐渐增大，这可能是大约16亿年以来的短时洪水、长期风化或重复陨石撞击导致；第二套层序位于地下约30-80米，其石块粒径更大，可达米级，且分布更为杂乱，这反映了更古老、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有关。
【在0到80米深度，如今不存在雷达可探测的液态水】
既然火星可能长期存在水活动，这一区域现在是否还有水？“祝融号”的低频雷达成像结果显示，火表以下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（不超过9），这就排除了巡视路径下方含有富水层的可能性。
“如果存在液态水，介电常数至少要达到15，雷达信号也会衰减，很难在七八十米深度还看到强反射。此外，我们还计算了巡视区地下1-100米的年平均温度，大概为220k左右，这也远远低于水的冰点，以及含有硫酸盐、碳酸盐等卤水的共晶温度。”中科院地质与地球物理研究所研究员陈凌说，这些证据表明，在0到80米的深度范围，如今不存在雷达可探测的液态水，但目前无法排除盐冰存在的可能性。
此次研究是由中国科学家利用我国“天问一号”首次火星探测任务科学数据取得的原创性成果，为深入认识火星地质演化与环境、气候变迁提供了重要依据。
题图来源：新华社 图片编辑：邵竞
来源：作者：黄海华
