火星任务新成果：“祝融号”揭秘浅表结构

9 月 26 日，中国科学院地质与地球物理研究所火星研究团队通报天问一号火星探测最新研究成果。研究表明，" 祝融号 " 火星车着陆区火表数米厚的风化层下存在两套向上变细的层序，可能反映了约 35 亿 -32 亿年以来多期次与水活动相关的火表改造过程。现今该区域火表以下 0-80 米未发现液态水存在的证据，但不排除存在盐冰的可能。相关研究结果发表在国际学术期刊《自然》杂志。

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。乌托邦平原是火星最大的撞击盆地，曾经可能是一个古海洋，预示着火星早期可能存在过宜居环境。这里的地质如何演化？现今具有怎样的地下结构？是否还存在水或冰？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，报道了围绕这些重要科学问题取得的突破性进展。

详细的火星地下结构和物性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。我国 " 天问一号 " 携带的 " 祝融号 " 火星车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。

" 祝融号 " 火星车搭载的次表层探测雷达是世界上首次在火星乌托邦平原实施的巡视器雷达探测。到目前为止，人类在地外天体上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，雷达频带较宽，其实际最大探测深度达 80 米。

由国家航天局探月与航天工程中心发布的 " 天问一号 " 科学探测数据，为开展火星研究提供了坚实的数据保障。在最新的研究中，科研人员对前 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，发现该区域数米厚的火壤层之下存在两套向上变细的层序，可能反映了约 35 亿 -32 亿年以来多期次与水活动相关的火表改造过程。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。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；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，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。

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。低频雷达成像结果显示，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，排除了巡视路径下方含有富水层的可能性。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，但目前无法排除盐冰存在的可能性。

此次发表于《自然》的文章，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，揭示了现今火星浅表精细结构和物性特征，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。

来源：中国科学院地质与地球物理研究所