中国祝融号火星车重大发现:火星7.5亿年前仍存在水体活动 刷新火星气候演化认知

问题——火星今天寒冷干燥,水活动看似稀少,但它并非一直如此。

科学界长期关注的核心问题之一,是火星在何时、以何种方式从“可能长期温湿”转向“整体寒冷干旱”。

这一时间节点不仅关系到火星地质演化脉络,也影响对其潜在宜居性、资源分布及未来探测着陆区选择的判断。

此前,关于火星晚期水活动的证据多来自轨道器影像与遥感反演,能够指示河谷、三角洲、湖盆等地貌线索,但对浅地表地下记录的精细刻画仍相对不足。

原因——造成认识差距的重要原因在于“观测尺度与保存载体”。

轨道雷达覆盖范围广,适合识别大尺度地下结构,但受距离与分辨率限制,难以清晰解析最接近地表、同时往往对应更年轻地质时期的浅层沉积与构造细节。

而地表形态还会被风成改造、撞击扰动等持续重塑,容易“抹平”较新的水活动印记。

相比之下,火星车搭载的探地雷达能够原位扫描浅地表,地下层理、裂隙及沉积界面往往保存更完整,更有利于重建晚期水活动的过程与环境条件。

在这一背景下,祝融号于2021年在乌托邦平原南部着陆并开展巡视探测,首次在火星表面部署高频四极化探地雷达。

中国科学院地质与地球物理研究所火星高频雷达研究团队联合相关单位,基于高频四极化雷达对地下介质各向异性等参数的获取与反演,对着陆区浅层结构进行精细成像与解释,获得一批关键证据:在约7米深度范围内,识别出米级、分米级直至厘米级的多尺度层理沉积结构;在米级尺度上可区分反射特征差异明显的三套层序;沿行驶路径,多处掩埋撞击坑被清晰成像,部分陨坑深度约2.1米,其上覆盖约4米厚的晚期沉积物;同时还揭示了裂隙、倾斜界面及铲形断层等构造形迹,表明该区经历过沉积叠置与后期构造改造的组合过程。

影响——上述地下“档案”将火星含水历史的关键时间点推向更晚阶段。

研究指出,祝融号着陆区广泛覆盖一套厚度约4米、地表形态相对均一且连续分布的沉积层。

在对可能成因进行对比排除后,该沉积层在厚度、连续性与结构特征上更符合水体环境下形成的沉积结果,而非火山熔岩覆盖、变质作用产物或单纯风成堆积所能合理解释。

掩埋陨坑的规模与埋藏深度进一步指示沉积发生时存在一定水深条件,呈现“浅水环境”特征。

与此同时,浅层向北倾斜的界面结构与低频雷达在更深部揭示的古海岸线线索具有对应关系,使得“沉积—岸线—水体活动”在不同深度、不同手段之间形成可相互印证的证据链。

更为重要的是,这些证据指向约7.5亿年前(中—晚亚马逊纪)火星仍存在显著水体活动。

与传统观点中“火星在更早时期已基本失去活跃地表水”的判断相比,该结果意味着火星晚期气候与水循环并非单向、彻底的衰退过程,可能在局部区域仍维持过阶段性、可观的水体存在与沉积作用。

这不仅需要重新评估晚期火星的温度、压力与水源补给条件,也提示地下水上涌、冰融化、盐类降低冰点等机制或在特定地质背景下发挥了更持久的作用。

对策——面向后续研究与工程应用,需要从“证据整合”和“可验证性”两方面推进:其一,强化多源数据联合解释,将高频雷达的浅层精细结构与低频雷达的深部信息、地表岩性与矿物学探测、轨道遥感成果进行统一对照,建立从地表到浅层再到深部的连续地质剖面框架,减少单一证据带来的不确定性。

其二,围绕“水沉积层”的关键判据开展可重复的对比研究,优选具有代表性的层序、界面与掩埋陨坑样点,结合介电参数、损耗特征与形态学指标,完善对不同沉积环境(湖相、浅海相、洪泛相等)的区分标准,为后续着陆区科学遴选提供量化依据。

其三,针对构造裂隙与断层等结构,评估其对地下水运移通道、资源富集与地质稳定性的影响,为未来探测任务的安全性与科学收益统筹优化提供支撑。

前景——从火星演化的时间尺度看,已有研究认为约40—37亿年前火星曾出现更广泛的河流、湖泊乃至海洋;约37—30亿年前水活动由长期稳定转为间歇与突发,并与火山、构造过程存在联系;30亿年前以来总体趋于寒冷干旱,仅保留冰、盐类沉积、局部融冰与洪水等有限活动。

此次在乌托邦平原获得的晚期水体活动证据,为理解“从早期广泛水环境到晚期局部、短暂且更多转入地下”的转变提供了新的关键拼图,也将对火星晚期气候波动机制、沉积作用持续时间及潜在宜居窗口的评估产生影响。

随着我国深空探测持续推进,具备高分辨率地下探测能力的原位观测手段,有望在更多区域复制验证,推动火星水史研究从“宏观推断”走向“结构证据链”的精细重建。

这颗红色星球的每一次重大发现都在重塑人类对行星演化的认知。

祝融号的探索不仅拓展了地外水研究的时空维度,更预示着深空探测正从表象观测迈向"地质解剖"的新阶段。

当中国航天器在异星大地上刻下科学印记,人类对宇宙生命图景的理解也随之深化——或许,关于地外生命的终极答案,就藏在这些古老的水痕之中。