火星的烏托邦平原南部，現在能找到液態水嗎？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，通過對「祝融號」火星車巡視雷達數據的分析發現，火星可能長期存在水活動，在著陸區火表以下0-80米，未發現液態水現今還存在的證據，但不排除存在鹽冰的可能。相關研究結果於北京時間9月26日晚在國際學術期刊《自然》發表。
【世界首次在烏托邦平原實施巡視雷達探測】
2021年5月15日，我國首次火星探測任務「天問一號」攜帶「祝融號」火星車，在烏托邦平原南部預選著陸區成功著陸。烏托邦平原是火星最大的撞擊盆地，前人研究發現，這裡曾經氣候溫暖濕潤，預示著火星早期可能存在過宜居環境。
從溫暖濕潤到寒冷乾燥，火星的地質如何演化？如今是否還存在水或冰？這是「天問一號」火星探測想要探尋的重要問題。「祝融號」火星車搭載的次表層探測雷達，是世界上首次在烏托邦平原實施的巡視雷達探測器，能夠對巡視區地下淺層結構進行精細成像。到目前為止，人類在地外天體一共開展了四次巡視雷達探測。其中，我國「嫦娥三號」和「嫦娥四號」分別實現了對月球正面和背面淺表結構的精細探測。美國「毅力號」和我國「祝融號」火星車於2021年先後開啟了火星巡視雷達探測。「毅力號」的探測區域為傑澤羅撞擊坑邊緣，其實際最大探測深度為15米。「祝融號」火星車探測區域為烏托邦平原南部，其雷達頻帶較寬，實際最大探測深度達80米。
【可能多次發生與水活動相關的火表改造】
跟月球不一樣，「祝融號」火星車著陸區分布著凹錐、壁壘撞擊坑、溝槽等，這些地貌表明可能與水活動之間存在重要聯繫。
在此次最新研究中，科研人員提供了火星可能長期存在水活動的觀測證據。他們對前113個火星日、探測長度達1171米的「祝融號」火星車低頻雷達數據展開了深入分析，獲得了淺表80米之上的高精度結構分層圖像和地層物性信息。
探測長度達1171米
研究發現，該區域數米厚的火壤層之下存在兩套向上變細的沉積層序，這可能反映了約35億-32億年以來，曾多次發生與水活動相關的火表改造。第一套層序位於地下約10-30米，含有較多石塊，其粒徑隨深度逐漸增大，這可能是大約16億年以來的短時洪水、長期風化或重複隕石撞擊導致；第二套層序位於地下約30-80米，其石塊粒徑更大，可達米級，且分布更為雜亂，這反映了更古老、更大規模的火表改造事件。基於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有關。
【在0到80米深度，如今不存在雷達可探測的液態水】
既然火星可能長期存在水活動，這一區域現在是否還有水？「祝融號」的低頻雷達成像結果顯示，火表以下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（不超過9），這就排除了巡視路徑下方含有富水層的可能性。
「如果存在液態水，介電常數至少要達到15，雷達信號也會衰減，很難在七八十米深度還看到強反射。此外，我們還計算了巡視區地下1-100米的年平均溫度，大概為220k左右，這也遠遠低於水的冰點，以及含有硫酸鹽、碳酸鹽等滷水的共晶溫度。」中科院地質與地球物理研究所研究員陳凌說，這些證據表明，在0到80米的深度範圍，如今不存在雷達可探測的液態水，但目前無法排除鹽冰存在的可能性。
此次研究是由中國科學家利用我國「天問一號」首次火星探測任務科學數據取得的原創性成果，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。
題圖來源：新華社 圖片編輯：邵競
來源：作者：黃海華
