“祝融号”巡视雷达揭秘火星浅表结构

作为太阳系中与地球最为相似的星球，火星的表面之下究竟有什么？这是人类长久以来的疑问。

基于“祝融号”火星车低频雷达数据，我国科研人员发现，火星车着陆区表面约10米厚的风化层下，存在两套向上变细的沉积层序，其形成或与大约35亿—32亿年以来的多期次水活动相关；如今该区域火表以下0—80米未发现存在液态水的证据，但不排除存在盐冰的可能。相关研究成果9月26日在线发表于《自然》杂志。

详细的火星地下结构和物质性质信息，是研究火星地质及其宜居环境演化的关键依据，是火星探测的重要内容。

2021年5月15日，我国首次火星探测任务天问一号携带的“祝融号”火星车在乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆，开启巡视探测工作。

“‘祝融号’火星车搭载的次表层探测雷达，能够对巡视区地下浅层结构进行精细成像，深化人们对乌托邦平原演化、地下水/冰分布等关键科学问题的认识。”中科院地质与地球物理研究所研究员陈凌说。

截至目前，人类在地外天体上共开展了4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，其实际最大探测深度达80米。”陈凌介绍。

基于“祝融号”火星车在着陆区巡视103天、行进约1171米获得的低频雷达数据，研究人员“绘制”出了着陆区浅表80米之上的高精度结构分层图像，并分析了地层物质性质信息。

他们发现，该区域约10米厚的火壤层之下存在两套向上变细的沉积层序。第一套层序位于地下约10—30米，含有较多石块，这些石块随深度逐渐增大。“距今大约16亿年以来的短时洪水、长期风化或重复陨石撞击作用可能导致了这一套向上变细沉积层序的形成。”陈凌解释。

第二套层序位于地下约30—80米，含有的石块更大，且分布更为杂乱，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活动有关。”陈凌说。

此外，“祝融号”火星车次表层探测雷达的主要目标之一是探测乌托邦平原南部现今是否存在地下水/冰。

低频雷达成像结果排除了巡视路径下方0—80米深度范围内有富水层的可能性。同时，热模拟结果也进一步表明，液态水、硫酸盐或碳酸盐卤水难以在“祝融号”火星车着陆区地下100米之内稳定存在。“但是，目前无法排除盐冰存在的可能性。”陈凌指出。

她表示，这是我国科学家利用我国“天问一号”首次火星探测任务科学数据取得的原创性成果，揭示了现今火星浅表精细结构和物质性质特征，提供了火星可能长期存在水活动的观测证据，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。