火星平原乌托邦南部预选着陆区火星表面数米厚的风化层序

2021年5月，我国首次火星探测任务天问一号搭载的“祝融”号火星车在乌托邦平原南部预选着陆区着陆，启动了巡视探测工作。火星上最大的撞击盆地乌托邦平原可能曾经是一片古老的海洋，这表明火星在早期可能拥有宜居环境。

这里的地质是如何演变的？今天它有什么样的地下结构？新京报记者今天（9月26日）从中国科学院地质与地球物理研究所火星研究组获悉，研究人员发现，在数米-着陆区火星表面厚厚的风化层。顺序，提供了火星可能具有长期水活动的观测证据。目前，在该区域火星地表以下0-80米之间尚未发现液态水存在的证据，但不能排除存在盐冰的可能性。相关研究成果于北京时间9月26日晚发表在国际学术期刊《自然》上。

中国科学院地质与地球物理研究所研究员陈玲介绍本研究的相关成果。任辉 摄

火星乌托邦平原率先实施雷达探测，深度达80米

火星地势南高北低。乌托邦平原位于火星北部。它是火星上最大的撞击盆地。先前的研究表明，它可能是一个古老的海洋。气候温暖潮湿，但现在非常寒冷和干燥。中国科学院国家空间科学中心研究员刘洋介绍说，着陆区有很多地貌特征，比如屏障撞击坑、凹锥体、不同尺度的多边形等，都表明有水存在。过去这里。“与月球上的陨石坑不同，如果火星上的陨石坑周围有类似煎饼的特征，则可能表明撞击时有冰或水。”

水是怎么消失的？详细的火星地下结构和物理特性信息是研究火星地​​质及其宜居环境演化的关键基础，是火星探测的重要组成部分。“祝融”号火星车承载六大科学载荷。其中，地下探测雷达可以对巡查区的地下和浅层结构进行精细成像，加深了人们对乌托邦平原演化、地下水或冰分布等关键科学问题的认识。

据中科院地质与地球物理研究所研究员陈玲介绍，“祝融”号火星车搭载的地下探测雷达在火星乌托邦平原进行了全球首次火星车雷达探测。迄今为止，人类已经对地外天体进行了四次巡逻雷达探测。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表面结构的精细探测。美国“毅力号”和我国“朱融”号火星车已于2021年发射火星巡逻雷达探测。“毅力号”探测区域为杰泽罗陨石坑边缘，其实际最大探测深度为15米。“祝融”号火星车'

解读雷达数据以获取火星上可能存在的长期水活动的观测证据

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，为火星研究提供了坚实的数据保障。去年9月至11月，研究人员获得了四批火星车雷达数据。陈玲表示，低频雷达通道的数据探测深度在100米左右，分辨率为米级。高频雷达探测深度约为10米，分辨率为厘米。

这一次，研究人员分析了前113个火星日探测长度为1171米的“朱融”号火星车的低频雷达数据。“但是，原始低频雷达数据共有2945个通道，肉眼可见的信号是噪声，需要仔细分析。” 陈玲说，为了从数据中提取信息并进行分析，去年，研究人员花了一个多月的时间讨论解决方案。，最终确定了雷达数据的解释步骤，包括背景去除、去噪、偏移、数值模拟验证等，多达13个步骤。

2021年10月至2021年11月，课题组成员每天都会交流数据分析进展，提问，讨论解决方案。照片由受访者提供

据中科院地质与地球物理研究所研究员张金海介绍，航天科学检测仪器在质量、体积和功耗等方面必须满足火箭的严格要求，同时还必须满足检测精度要求。 . 因此，有必要充分分析地面仪器的噪声特性，进行详细的地面实验；同时，必须有针对性地开发新的信号处理方法，以识别和分离有效信号。研究团队基于嫦娥三号和四号任务积累的丰富经验，根据火星环境的特殊性，建立了可靠的数据处理和成像流程，

“80米以下的雷达信号非常微弱，表明雷达可能达到探测深度的极限。” 陈玲说，通过数据分析，研究人员获得了地表80米以上的高精度构造层状图像和地层物性信息。区内数米厚的火土层下有两套沉积层序。

第一个序列位于地下约10-30米处，含有较多的岩石，其粒度随深度逐渐增大。“大约 16 亿年前的短期洪水、长期风化或反复的陨石撞击可能导致了这种向上变薄的沉积序列的形成。” 她说，第二个序列大约位于 30-80 米处，石头的尺寸更大，达到米级，分布更混乱，反映了更古老、更大规模的火星表面改造事件。根据以往撞击坑的统计测年结果，推测这一转变事件可能发生在35亿至32亿年前，与乌托邦平原南部的大规模洪水活动有关。

陈玲说，多层结构反映了一个相对复杂的演化过程。“以往的研究表明，火星从远古时代到现在都是由湿转干的，而我们的研究发现，火星并没有简单地向干燥气候转变。在其整体干燥后期的背景下，也可能存在短暂的时间. 与水活动有关的过程使火星表面发生了多次转变。”

目前，“祝融”巡查区地下0-80米未发现液态水

祝融火星车的地下雷达的主要目标之一是探测今天乌托邦平原南部是否存在地下水或冰。

低频雷达成像结果表明，反射信号强度在0-80米深度范围内稳定，介质具有低介电常数（3-7），“这些特征不支持可能巡逻路径下的富水层，因为如果有液态水，介电常数至少要达到15”。陈玲说，另一方面，如果有液态水，雷达信号衰减比较强，并且很难在七八十米的深度探测到强烈的反射。

研究人员还计算了“竹融”考察区地下1-100米的年平均温度，约为220K，远低于水的冰点和含硫酸盐和碳酸盐的卤水的共晶温度. 这说明液态水、硫酸盐或碳酸盐卤水在“祝融”号火星车着陆区100米范围内难以稳定存在，但目前不能排除存在盐冰的可能。

陈玲表示，目前火星探测器上的雷达探测深度有限，无法探测到80米以下的编队。预计“天问一号”轨道雷达探测数据发布后，可以研究更深的结构。“我们也希望该国未来能够在火星上部署火灾地震仪，通过自然火灾地震观测研究从浅到深的地下结构。”

她还透露，该团队已经获得了11批雷达数据，正在处理当中。目前，“祝融”号火星车已进入休眠模式地球的结构，以应对强沙尘天气。休眠结束后，火星车将继续南行，届时将获得更多数据。

公众对殖民火星非常好奇。火星会成为宜居之地吗？对此，刘洋认为，移民火星需要大量的水资源，而水也可以间接提供其他能源。目前，乌托邦平原80米范围内尚未发现液态水，但火星表面含有大量可提取的含水矿物。“大家都很关心这颗星球的气压、温度等信息，想知道未来是否适合居住。我们正在研究火星的地下结构地球的结构，更像是火星考古。” 张金海表示，通过研究火星历史上的气候变化过程，研究人员，

新京报记者 张璐

陈静编辑，贾宁校对