自2021年5月，由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司研制的“祝融號(hào)”火星車踏上火星表面后，科研人員基于“祝融號(hào)”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(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院又有一項(xiàng)新的研究成果在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表。
該院月球與火星探測(cè)雷達(dá)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，位于火星北半球?yàn)跬邪钇皆喜孔Ｈ谔?hào)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(xué)家視為人類星際移民的首選目標(biāo)。過去數(shù)十年，人類對(duì)火星的探測(cè)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(zhēng)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(hào)”火星車搭載有中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研制的火星次表層穿透雷達(dá)，用于探測(cè)地下結(jié)構(gòu)和可能存在的水冰。祝融號(hào)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(hào)火星車著陸點(diǎn)和四條可能的古海岸線
研究團(tuán)隊(duì)通過分析祝融號(hào)雷達(dá)低頻通道實(shí)測(cè)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(shí)別出76個(gè)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(cè)到多個(gè)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(dá)成像結(jié)果十分相似，其一致性和物理特性排除了風(fēng)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(fēng)浪驅(qū)動(dòng)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(cè)到的傾斜反射與地球海洋沉積物的對(duì)比
(A) 澳大利亞Shark Bay濱海沉積物的探地雷達(dá)圖像
(B) 祝融號(hào)火星次表層穿透雷達(dá)低頻通道雷達(dá)剖面圖
這項(xiàng)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(zhǎng)期溫暖濕潤(rùn)的氣候期，這意味著火星曾長(zhǎng)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(xì)砂和中砂顆粒的介電常數(shù)一致，這也進(jìn)一步證實(shí)了其海洋沉積物的性質(zhì)。
祝融號(hào)著陸點(diǎn)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(zhǎng)期物理和化學(xué)風(fēng)化改變了巖石和礦物的性質(zhì)，導(dǎo)致火星表面層的形成。因此，沉積物被當(dāng)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(kuò)展到了更適合人類活動(dòng)的中低緯度地區(qū)，證實(shí)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(hù)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(rùn)轉(zhuǎn)變?yōu)楹涓稍铮M(jìn)而指導(dǎo)人類如何改造火星環(huán)境，實(shí)現(xiàn)火星的長(zhǎng)期可持續(xù)居住。