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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預(yù)選著陸區(qū)成功著陸，開啟巡視探測工作。烏托邦平原是火星最大的撞擊盆地，曾經(jīng)可能是一個(gè)古海洋，預(yù)示著火星早期可能存在過宜居環(huán)境。這里的地質(zhì)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)，圍繞這些重要科學(xué)問題取得了突破性進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果于北京時(shí)間9月26日晚在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所火星研究團(tuán)隊(duì)介紹，“祝融號”火星車搭載的次表層探測雷達(dá)是世界上首次在火星烏托邦平原實(shí)施的巡視器雷達(dá)探測。到目前為止，人類在地外天體上共開展了四次巡視雷達(dá)探測。其中，我國嫦娥三號和嫦娥四號分別實(shí)現(xiàn)了對月球正面和背面淺表結(jié)構(gòu)的精細(xì)探測。美國“毅力號”和我國“祝融號”火星車于2021年先后開啟了火星巡視雷達(dá)探測。“毅力號”的探測區(qū)域?yàn)榻軡闪_撞擊坑邊緣，其實(shí)際最大探測深度為15米。 “祝融號”火星車探測區(qū)域?yàn)闉跬邪钇皆喜浚走_(dá)頻帶較寬，其實(shí)際最大探測深度達(dá)80米。
由國家航天局探月與航天工程中心發(fā)布的“天問一號”科學(xué)探測數(shù)據(jù)，為開展火星研究提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)保障。在最新的研究中，科研人員對前113個(gè)火星日、探測長度達(dá)1171米的“祝融號”火星車低頻雷達(dá)數(shù)據(jù)展開了深入分析，獲得了淺表80米之上的高精度結(jié)構(gòu)分層圖像和地層物性信息，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域數(shù)米厚的火壤層之下存在兩套向上變細(xì)的層序，可能反映了約35億-32億年以來多期次與水活動(dòng)相關(guān)的火表改造過程。
第一套層序位于地下約10-30米，含有較多石塊，其粒徑隨深度逐漸增大。距今大約16億年以來的短時(shí)洪水、長期風(fēng)化或重復(fù)隕石撞擊作用可能導(dǎo)致了這一套向上變細(xì)沉積層序的形成。
第二套層序位于地下約30-80米，其石塊粒徑更大（可達(dá)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。基于前人的撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年結(jié)果推測，這次改造事件可能發(fā)生在距今35億-32億年前，與烏托邦平原南部的大型洪水活動(dòng)有關(guān)。
此外，“祝融號”火星車次表層探測雷達(dá)的主要目標(biāo)之一是探測烏托邦平原南部現(xiàn)今是否存在地下水/冰。低頻雷達(dá)成像結(jié)果顯示，0-80米深度范圍內(nèi)反射信號強(qiáng)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(jìn)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，但目前無法排除鹽冰存在的可能性。
此次發(fā)表于《自然》的文章，是由中國科學(xué)家利用我國“天問一號”首次火星探測任務(wù)科學(xué)數(shù)據(jù)取得的原創(chuàng)性成果，揭示了著陸區(qū)現(xiàn)今火星淺表精細(xì)結(jié)構(gòu)和物性特征，提供了火星可能長期存在水活動(dòng)的觀測證據(jù)，為深入認(rèn)識(shí)火星地質(zhì)演化與環(huán)境、氣候變遷提供了重要依據(jù)。
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