对话刘海教授：“祝融号”证实火星中低纬度曾经存在古海洋，提升了火星曾经适合生命存在的概率

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第110期，对话广州大学土木与交通工程学院副院长刘海教授。

嘉宾简介：

刘海，教授，博导。现任广州大学土木工程学院副院长，入选国家级高层次人才和广东省青年珠江学者等。曾参与嫦娥五号和六号月壤结构探测仪雷达数据的准实时处理，为两次月壤钻取任务的顺利实施和完成提供了重要的信息支持。研究方向包括结构无损检测；隐蔽缺陷探测；城市工程物探；雷达遥感与深空探测。

• “祝融号”探测到的倾斜层理结构与地球海岸沉积物特征高度吻合，为火星北部平原曾存在古代海洋提供了直接的地下证据。

• 虽然数据显示火星曾有大型水体和沿海环境，但这仅仅是宜居性的一个必要条件，而非充分条件。

• 火星稳定的水环境给潜在生命形式提供了足够的时间发展演化，但有关生命迹象的证据还需要进一步研究。

• “祝融号”的发现是火星过去水文环境的“一孔之见”，未来会继续分析更为精细的高频雷达数据。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

编辑｜杨 锦

随着时间的推移，我们对火星有了较为深刻的了解，火星探测也涌现出了许多令人欣喜的成果。然而，许多研究发现都集中在火星的两极区域，有关“火星北部平原是否存在海洋”这一议题始终没有定论。

近日，中国首辆火星车“祝融号”的新发现，为火星北部平原曾经存在古代海洋提供了直接的地下证据，表明该区域曾维持着稳定的大型水体环境，而不仅仅是短暂的融水现象。目前该研究成果已发布在《美国科学院院报》（PANS）上。

对此，搜狐科技拜访了正巧来北京出差的广州大学土木与交通工程学院副院长刘海教授，他也是文章的第一作者，面对面听他讲讲这一发现到底意味着什么……

提供了直接的地下证据

2021年5月15日，火星车“祝融号”着陆在乌托邦平原的南部，它搭载的火星次表层穿透雷达是由中国科学院空天信息创新研究院研制的一种双频探地雷达系统。

低频通道能够探测火星表面以下80 m的深度，科学目标就是探测地下结构，而高频通道则用来探测可能存在的水冰。

简单寒暄过后，刘海教授拿出自己写好的重点笔记，直接步入了正题。

“我们的研究分析了‘祝融号’次表层穿透雷达数据，也就是低频通道的数据，在地下10-35米处发现了一系列倾斜的反射层，这些结构倾角在6°-20°之间，连续分布超过1.3公里，垂直于海岸线，由北向南，并且全部朝向北部低地方向倾斜。”边说他还边打着手势，搜狐科技似乎瞬间就进入到了他的课堂。

乌托邦平原地图、祝融号火星车着陆点和四条可能的古海岸线

（中国科学院空天信息创新研究院供图）

这些结构与地球海岸沉积物特征高度吻合，通过它们的倾角一致性和物理特性，刘海和团队排除了风成沙丘、熔岩流或河流沉积等其他可能性。

“那是如何排除的呢？”搜狐科技忍不住“举手提问”。

“一般来说，沙丘较平坦，只有顶部有些陡，但研究结果并没有出现这种规律性变化；至于熔岩流，介电常数（决定电磁波速的物理参量）要超过10，而我们的结果在7左右，所以也可以排除；而河流沉积河道会变迁，但我们也没发现这种趋势。”刘海解答道。

“一定要注意的是，很多新闻都说这是迄今为止最直接的地下证据，但我们论文可没有这么说，‘迄今为止’和‘最直接’是媒体夸大了。”刘海谦虚地对搜狐科技说道。

听到这，很多网友好奇：为何此前美国的“洞察号”没有发现类似的证据？

刘海表示，这与探测区域和科学目标有关。“洞察号”着陆在火星赤道附近的埃律西昂平原，远离假设的古代海岸线；而“祝融号”降落在南部乌托邦平原，距离先前推测的海岸线只有约280公里，更适合寻找与古代海洋相关的沉积结构。

另外，两个探测器搭载的科学荷载也不同。“祝融号”次表层穿透雷达专门设计用于详细探测地下结构，具有低频通道和高频通道两个通道。而“洞察号”主要包括内部结构地震实验仪（SEIS）和热传感物理特性箱（HP3）两个有效科学仪器，分别用于监测地震活动和测量火星表面温度，而非地下结构探测。

火星曾经是宜居的？

其实早在20世纪80年代，蒂姆·帕克（Tim Parker）就利用“维京号”图像识别出了看似环绕火星北部低地潜在海洋的海岸线。然而，科学家们对这些发现始终存在争议，因为这些海岸线的高程并不一致，其差值高达到几百米甚至上千米。

虽然后来的研究表明，火星自转轴的偏移和火山活动可以解释这些高程变化，但直接证明古海洋存在的地下证据依然缺失。“祝融号”的探地雷达数据正好弥补了这一缺失，揭示了埋藏在火壤下，与地球沿海沉积物的结构相似的倾斜层理结构。

“这些埋藏的沉积物没有受到35亿年来地表风化和侵蚀的影响，被很好的保存了下来，所以相比于仅从表面图像获得信息，我们可以更清晰地了解火星古代海洋环境。”刘海如是说。

从上述结果来看，是否可以证明火星曾经是宜居的？

刘海一下子变得严肃起来，“关于宜居性，我们要谨慎地解读这些发现，虽然数据显示火星曾有大型水体和沿海环境，但这仅仅是宜居性的一个必要条件，而非充分条件。”

在地球上，水是生命的必要条件，但宜居环境还需要适宜的温度、大气保护、有机物质来源等多种因素共同作用。刘海团队的研究表明火星曾具备一些支持生命的基本环境条件，但距离确认它曾经完全宜居还需要更多的证据。

谈及生命存在的可能性，在刘海看来，这一发现确实提升了火星曾经适合生命存在的概率。

“在地球上，大部分科学家都认为沿海环境这种水、陆地和大气交汇的区域被认为可能是生命最初出现的地方，我们的发现表明火星维持了稳定的水环境，这给潜在生命形式提供了足够的时间发展演化，但有关生命迹象的证据可能还需要进一步的研究。”

“祝融号”的发现打开了一个“小孔”

众所周知，目前的火星寒冷干燥，与数十亿年前的火星环境很是不同，这又是什么原因造成的呢？

对此，刘海给出了答案：火星变得寒冷干燥可能是由于磁场减弱。

“你看我们地球有磁场的保护，太阳风吹过来就会偏离原来的轨道，从而绕过地球，但火星的磁场减弱，失去了磁场的保护，太阳风吹过来就会导致火星没有办法抵挡太阳风对大气层的剥离。”刘海形象地对搜狐科技“比划”道。

同时，火星内部活动减弱，火山活动减少，无法补充大气，最终火星大气会变得稀薄，液态水就无法稳定存在，那么这些水又往何处去了呢？

“这些水有的逃逸到太空去了，有的渗入到地下形成冰层或与矿物结合，还有一部分至今仍然存在于火星两极的冰盖中。”刘海解答道。

如果我们根据沉积层厚度和矿物分布范围进行推算的话，是不是就可以算出火星古海洋的水体总量是否和地球海洋接近呢？

对此，刘海笑道：“这是不能量化的。”

虽然这些沉积特征确实支持火星曾经存在大规模水体，研究也可以确认这些滨海地下结构的存在及其形成过程，但并不能量化火星古代海洋的总水量。

“先前基于地形研究的模型确实曾经推测过，如果水填满北部低地至假设海岸线的高度，可能覆盖了火星表面约三分之一的面积。但基于目前有限的观测数据，我们难以对整个火星海洋规模做出准确的估计，还需要更全面的观测和分析方法。”刘海如是说。

在刘海看来，近年来虽然我们对火星的了解有了显著提升，但仍然“知之甚少”，每次任务都带来新的惊喜和挑战，但这也表明火星的历史和演化远比我们想象的更为复杂。

“‘祝融号’的发现只是打开了一个‘小孔’，让我们看到了火星过去水文环境的‘一孔之见’，但还有大量的谜题等待解答。”刘海感叹道。

谈及下一步的研究计划，刘海称会和团队继续分析祝融号高频雷达通道的数据，因为雷达的频率越高，探测到的细节就越清晰。“高频雷达能对火星地下浅层结构进行精细成像，帮助我们更精确地了解火壤结构的特征和组成。”刘海补充道。

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