记者/贾利略

　　距离地球5500万千米到4亿千米的火星可能长久存留水运动？火星地下的地层构造甚么样？

　　祝融号、凤凰号、洞察号、好奇号、毅力号和海盗号等人类六台火星车在不同的时间登陆火星，探测这种遥远的星球。

　　9月26日23时，世界学术期刊《当然》在线发表论文推出了华夏“祝融号”火星车的新雷达图像，这是全球上初次在火星乌托邦平原实行的巡视器雷达探测，也是45年来该地域的首份新探测数据，为乌托邦平原的盆地外表构造提供了见解。

　　1976年，美国海盗2号探测器在乌托邦平原北部登陆并初次实行了着陆探测，但未能探明地下构造。

　　火星高空轨道雷达尽管可行探测火星全世界范畴内的浅表构造，但其分辨率较轻，特别是关于浅表百米以内差不多无分辨能力。

　　2021年，华夏初次火星任务中的“天问一号”携带的“祝融号”火星车成功着陆，今后在火星乌托邦平原上穿行。“祝融号”火星车次表层探测雷达能够有用对巡视区地下浅层构造成像，深化咱们对乌托邦平原演化、地下水/冰分布等要害科学难题的认识。

　　祝融着陆区地质地貌图。（a）祝融号、凤凰号、洞察号、好奇号、毅力号和海盗号着陆点位子及古海岸线位子；（b）祝融号着陆点周边的简单化地质图，比重尺为200公里；（c）祝融号着陆点周边的地形地貌图，比重尺为15公里；（d）祝融号行进路径图，比重尺为100米

　　华夏科学院地质与地球物理探讨所发表信息称，该探讨鉴于我们国家祝融火星车低频雷达数据，经过精细剖析和成像，初次得到了着陆区浅表（<80米）构造与物性消息，提供了火星可能长久存留水运动的观测证据，为深入认识火星地质演化和环境、气候变迁提供了要紧根据。

　　华夏科学院地质与地球物理探讨所探讨员陈凌是该论文的通讯作者。她和同事鉴于祝融号从着陆地点行驶约1117米收集到的探地雷达数据，展现了乌托邦平原南部地表图像，揭示出地下若干亚层构造，提醒来源数百万年前偶发洪水以后的沉积物，或能增进咱们对行星地质和水文历史的了解。

　　乌托邦平原是火星第一大的撞击盆地，以前可能是一种庞大的古海洋，预示着火星早期可能存留过宜居环境。乌托邦平原被北方荒原组沉积（Vastitas Borealis Formation，VBF）广大掩盖，该地层可能代表了洪水相干的外流河道冲积造成的沉积或古海洋蒸发后残留的沉积物质。另外，乌托邦平原具有许多典范地貌（图1c），如巨型多边形、凹锥、壁垒撞击坑等，都表达火星往日存留过大批的水/冰。然则，日前该地域地下能否依然存留水/冰尚未可知，这节制了咱们对火星水体演化的认识。

　　到日前为止，人类在地外天体上共展开了四次巡视雷达探测。此中，我们国家嫦娥三号和嫦娥四号初次实现了对月球正面和背面浅表构造的精细探测。美国毅力号和我们国家祝融号巡视器于2021年打开了火星雷达巡视探测的新纪元。毅力号的探测地域为杰泽罗撞击坑边缘，受限于雷达主频（150-1200 MHz），本来际第一大探测深度仅为15米。与毅力号雷达比较，祝融号高频雷达的频次更高（450-2150 MHz），低频雷达的频次更低（15-95 MHz），这让得高频雷达对约0-5米深度的浅表指标能够看得更“细致”，低频雷达对地下指标看得更“深入”，实质第一大探测深度达80米。

　　华夏科学院地质与地球物理探讨所行星与月球里面构造探讨团队，结合国度体积科学中心和北京大学等科研人士，对祝融火星车头113个火星日采集的长度约1171米的低频雷达数据开展了深入剖析，得到了80米之上的高精度构造分层图像和地层物性消息。

　　低频雷达数据成像结果及解译。（a）低频雷达剖面；（b）岩性地层；（c）平均介电常数随深度的浮动。白色实线为地层分界，虚线为层间反射形式浮动的大致分界

　　依据反射形式特征和预计的介电常数，可行将地下构造分为四层。第一层厚度小于10米，平均介电常数在3-4之中。第二层的深度约为10-30米，该层中反射能量随深度渐渐加强，但未显露清楚延续的反射界面，平均介电常数为4-6。数值模拟表达，这点反射特征代表该层含有较多石块，其粒径随深度渐渐增大。第三层的深度约为30-80米，与第二层相似，该层同样具备反射随深度由弱加强的形式浮动特征，但反射相对更强、平均介电常数更高（6-7），这表达第三层中的石块粒径很大（可达米级）且分布更为杂乱。另外，未观测到清楚的第三层底界面，这或者由于该层底部不存留介电常数对照显著的介质物性浮动，或者雷达反射能量在约80米的深度曾经十分微弱，达到探测极限。

　　将雷达图像与着陆区地质、地貌和撞击坑发掘深度及年龄约束相联合，得到如是认识：

　　（1）深度小于10米的最上层为火壤层。

　　（2）深度在10-30米的第二层沉积序列，可能是着陆区中晚亚马逊纪火表改装事故的结果。短时洪水、长久风化或循环陨石撞击效用可能造成了这一层中向上变细的沉积层序。

　　（3）深度范畴在30-80米的第三层沉积序列，可能反应着陆区更古老、很大范围的火表改装事故。鉴于撞击坑定年结果，预计这一次改装事故可能产生在35-32亿年前的晚西方纪到早亚马逊纪，可能与乌托邦平原南部的大型洪水运动相关。

　　除了分层特征之外，雷达剖面的另一种要紧构造特征是各层之中的平滑过渡。这表达，在祝融着陆区下面80米深度范畴内，来源埃律西昂火山喷发或某些晚期火山效用发生的原始玄武岩层可能缺失或太薄，以至没有办法在随后的火表改装事故中保存下去。

　　祝融火星车次表层探测雷达的最重要的指标之一是探测乌托邦平原南部现今能否存留地下水/冰。假如存留富水层，雷达信号会被强烈衰减，下降探测深度。低频雷完成像结果显现，0-80米深度范畴内信号强度稳固，不存留富水层。另外，本探讨反演约束的介质介电常数较轻（不超越9），不同于含水物质平常具备的高介电常数（大于15），因而排除了巡视路径下面含有富水层的可能性。热模拟结果也进一步表达，液态水、硫酸盐或碳酸盐卤水难以在祝融号着陆区浅表100米之上稳固存留。但源于硫酸盐或碳酸盐盐冰的介电常数（2.5-8）与岩性资料差不多，日前没有办法排除浅层存留盐冰的可能性。

　　乌托邦平原南部火表改装模子图。（a）晚西方纪至早亚马逊纪产生了大型洪水事故，随着洪水消退，造成了向上变细的砾岩沉积序列，比重尺为20米；（b）亚马逊纪短时洪水、长久风化或循环撞击效用改装了火表，造成了由小石块堆叠组成的向上变细的沉积层序；（c）近代火星高倾角自转导致液态水流失到高纬地域，造成现今干燥的火壤层，火表以风成沉积和侵蚀进程为主

　　相干图像展现出乌托邦盆地地下约70米厚的多层构造，被掩盖在不足10米厚的风化层以下。地表风化层由松散的岩石和尘土构成。

　　探讨人士指明，层状构造或讲明，这一盆地在晚赫斯伯利亚纪（Late Hesperian）至亚马逊纪（Amazonian）间经验了偶发的洪水。

　　探讨人士重申，虽然日前仅有祝融号的雷达数据没有办法提供在乌托邦盆地80米底层中存留液态水的干脆证据，但也不能排除含盐冰的存留。

　　稍早前，2022年9月19日晚，世界学术期刊《当然-地球科学》在线发表的论文称，美国国度航空航天局（NASA）“洞察号”（InSight）着陆器探测到了火星上由流星体撞击事故引起的地震波，并由NASA的火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）将其源头追溯到相干的、新造成的撞击坑。该探讨初次探测到另一种星球上由撞击发生的地震波和声波，且发觉了相干的源撞击坑。

　　2021年5月15日，“天问一号”探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我们国家初次火星探测任务着陆火星取得成功。火星车构建了对地通信。

　　2021年5月17日，环绕器实行第四次近火制动，映入中继通信轨道，为火星车构建稳固的中继通信链路，连续传回图像数据。

　　2021年5月22日，“祝融号”火星车已平安驶离着陆平台，到达火星外表，最初巡视探测。

　　2021年6月7日，国度航天局发表天问一号任务着陆地域高分影像图，图像中天问一号着陆平台、“祝融号”火星车及附近地域概况清楚可视。

　　2021年6月11日，国度航天局推出了“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“华夏印迹”和“着巡合影”等影像图。第一批科学影像图的发表标记着我们国家初次火星探测任务取得圆满成功。至此，我们国家初次火星探测任务一次性达成了“绕、着、巡”三步。

　　论文DOI: 10.1038/s41586-022-05147-5