“祝融號”揭秘火星淺表結(jié)構(gòu)

馮麗妃

9月26日，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所火星研究團隊與合作者在一項研究中，通過分析“祝融號”火星車攜帶的次表層探測雷達數(shù)據(jù)揭示了火星的淺表結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域數(shù)米厚的風(fēng)化層下存在兩套向上變細的沉積層序，可能反映了約35億～32億年以來，多期次與水活動相關(guān)的火表改造過程。同時，該區(qū)域火表之下0～80米內(nèi)未發(fā)現(xiàn)液態(tài)水存在的證據(jù)，但不排除存在鹽冰的可能。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《自然》。

2021年5月15日，我國首次火星探測任務(wù)天問一號攜帶的“祝融號”火星車在烏托邦平原南部成功著陸后開啟巡視探測。烏托邦平原是火星最大的撞擊盆地，曾經(jīng)可能是一個巨大的古海洋，預(yù)示著火星早期可能存在過宜居環(huán)境。烏托邦平原如何演化？現(xiàn)今具有怎樣的地下結(jié)構(gòu)？是否還存在水或冰？中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所聯(lián)合中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心和北京大學(xué)，報道了圍繞這些重要科學(xué)問題取得的突破性進展。

詳細的火星地下結(jié)構(gòu)和物性信息是研究火星地質(zhì)及其宜居環(huán)境演化的關(guān)鍵依據(jù)，是火星探測的重要內(nèi)容。“祝融號”火星車巡視探測攜帶的次表層探測雷達就像“透視眼”一樣，能夠?qū)ρ惨晠^(qū)地下淺層結(jié)構(gòu)進行精細成像。“雷達會向地下發(fā)射電磁波信號，然后反射的信號被接收器接收，我們就用這些信號去看火星地下的結(jié)構(gòu)。”論文通訊作者陳凌向《中國科學(xué)報》解釋。

在新的研究中，科研人員對“祝融號”在2021年5月25日至9月6日共103個火星日、長達約1171米的行程中獲得的低頻雷達數(shù)據(jù)進行深入分析，得到了淺表80米之上的高精度結(jié)構(gòu)分層圖像和地層物性信息。

有趣的是，他們看到了雷達數(shù)據(jù)反映出火星淺表的兩個分層結(jié)構(gòu)，而且它們的雷達反射特征比較一致：每一層都是反射能量隨著深度增加由弱變強。

這反映了哪些火星淺表結(jié)構(gòu)特征呢？經(jīng)過理論模擬，研究人員認為該區(qū)域的火壤層下存在兩套向上變細的沉積層序。其中，第一套沉積層序位于地下約10～30米，含有較多石塊，與距今大約16億年以來的短時洪水、長期風(fēng)化或重復(fù)隕石撞擊作用有關(guān)；第二套沉積層序位于地下約30～80米，其石塊粒徑更大（可達米級），且分布更為雜亂，反映了更古老、更大規(guī)模的火表改造事件。基于撞擊坑統(tǒng)計定年結(jié)果推測，這次改造事件可能發(fā)生在35億～32億年前，與烏托邦平原南部的大型洪水活動有關(guān)。

圖片繪制：武漢大學(xué)鄧俊

祝融火星車在烏托邦平原進行巡視雷達勘測，揭示了該區(qū)域精細地下分層結(jié)構(gòu)和物性信息。

“祝融號”雷達探測的另一個主要目標(biāo)是烏托邦平原南部現(xiàn)今是否存在地下水或冰。雷達成像結(jié)果顯示，0～80米深度范圍內(nèi)反射信號強度穩(wěn)定，介質(zhì)具有較低的介電常數(shù)，排除了巡視路徑下方含有富水層的可能性。熱模擬結(jié)果也進一步表明，液態(tài)水、硫酸鹽或碳酸鹽鹵水難以在“祝融號”火星車著陸區(qū)地下100米之內(nèi)穩(wěn)定存在，但目前無法排除這個區(qū)域內(nèi)鹽冰存在的可能性。

此次研究為深入認識火星地質(zhì)演化與環(huán)境、氣候變遷提供了重要依據(jù)。加拿大約克大學(xué)教授和行星科學(xué)研究所研究員艾薩克·史密斯等審稿人認為，該研究“以獨特而重要的視角提供了巡視區(qū)地下結(jié)構(gòu)的定量約束”，“對人們認識火星地下結(jié)構(gòu)和演化具有重要的意義”。

來源：《中國科學(xué)報》