广州大学刘海：“祝融号”火星车揭示了乌托邦平原南部古海洋存在的关键证据

5月17日，由搜狐主办的2025搜狐科技年度论坛在北京盛大开幕。多位院士、科学家与产业界人士齐聚一堂，激发智慧的深度碰撞，奔赴科技的星辰大海。

本届论坛线上线下结合，开启全天的思想盛宴。在上午的线上直播中，广州大学刘海教授，发表了题为《“祝融号”火星车次表层穿透雷达揭示的乌托邦平原南部古海洋沉积层》的演讲。

刘海指出，火星是太阳系中与地球最相似的类地行星，位于宜居带内，地貌多样，并存在液态水痕迹，两极还覆盖着大量水冰，因此被视为星际移民的首选目标。

人类自上世纪60年代起就开始探测火星，核心目标是寻找水和生命的痕迹。早期的探测发现了水活动的间接证据，并推测火星远古时期可能拥有海洋。但由于遥感数据推断的古海岸线高度不一致，加之火星表面经历了剧烈的地质变迁，这一假说至今仍存在争议。

刘海讲述了“祝融号”的探测过程，2021 年“祝融号”在火星北部乌托邦平原着陆探测，其搭载的火星次表层穿透雷达低频通道在火表以下10-35米深度识别出76个地下倾斜反射体，分布范围超1.3公里且均向地势低的北方倾斜。

将其与地球滨海沉积物的雷达图像对比，发现其倾角平均值为14.5°，标准差为2.9°，数据落在地球滨海沉积物倾角的典型范围内，推测可能是古代海洋环境中形成的滨海沉积物。

此外，刘海称通过与河流沉积物、熔岩流、风成沙丘的反射特征和介电常数等方面进行对比，排除了这些倾斜反射层的其他成因，为本火星北部低地平原曾存在古代海洋提供了直接的地下证据。

“祝融号的发现为火星曾宜居提供了必要但非充分条件，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，仍有大量谜题等待我们去解答。”刘海如是说。

以下为演讲全文：

大家好，我是广州大学刘海，今天我分享的题目“祝融号”火星车次表层穿透雷达揭示的乌托邦平原南部古海洋沉积层。

火星作为一颗类地行星与地球有很多相似之处。首先它位于太阳系宜居带以内，是继地球以外最适合人类生存的岩质行星，火星公转周期约为687个地球日。其次，自转轴倾角与地球相近，因此它也拥有明显的四季变化。火星的昼夜周期与地球惊人的相似，一个火星日为24.66 小时，火星表面重力约为地球的38%，这些相似之处为人类在火星长期居住创造了可能性。

虽然火星平均温度较低，约为零下63摄氏度，但部分赤道地区日间温度可达20摄氏度。火星拥有大气层，虽然压力仅为地球的1%，但在太阳系行星中最接近地球。因此，火星被认为是人类星际移民的首选目标。

在地表特征方面，火星拥有丰富多样的地貌，包括巨大的峡谷、高耸的山脉和广阔的沙漠等类似地球的地质特征。其中，峡谷、河道网络和多边型泥裂等地貌特征均表明火星的表面曾经存在液态水。最重要的是，火星两极存在大量水冰，且冰盖规模可观。这些发现引发了科学家们对火星水资源开展持续探索的兴趣。

人类火星探测起步于上世纪60年代，到目前为止，全球共实施了48次火星探测任务，它们的核心目标是寻找水与生命存在的证据。比如早期的“海盗号”任务就是在火星表面开展生命痕迹的初步探索。而之后的“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”等火星车陆续在火星表面找到了水活动的间接证据。这些成果帮助我们逐步建立一个重要推论，火星早期可能存在过古海洋，甚至具备过宜居条件。

通过对火星表面的遥感图像进行分析，有学者认为火星北部低地可能曾经存在覆盖火星表面 1/ 3面积的古代海洋。然而，由于遥感数据推断的古海岸线高度分布不一致，落差达几百米，以及40亿年来火星表面经历了撞击、风化和重塑等过程扭曲甚至掩盖了古代海洋的表面证据。因此，火星古代海洋假说仍存在争议。

2021 年，我国首次火星探测任务天问一号搭载的“祝融号”火星车顺利在火星北部乌托邦平原着陆并开展探测，其着陆点距离过去几十年中假设的古海岸线约280公里。这为开展火星次表层沉积物的原位探测创造了可能。“祝融号”火星车搭载的火星次表层穿透雷达是一种双频探地雷达系统，其科学目标是探测火星次表层结构及可能存在的水冰，其中低频通道在火壤中探测深度超过100米。

截至2022年5月18日，“祝融号”火星车在乌托邦平原向南朝着推测的古海岸线行驶了约1.9公里，采集了大量的科学数据。我们通过分析“祝融号”火星次表层穿透雷达低频通道的实测数据，在沿途火表以下10 -35米深度范围内共识别出76个地下倾斜反射体。

这些反射体的分布范围超过了1.3公里，所有反射体均向北方地势低的方向倾斜。这让我们联想到了海洋环境中形成的滨海沉积物，因此我们将其与地球滨海沉积物的雷达图像进行对比分析。

上方这个图是澳大利亚Shark Bay海滩沉积物的探地雷达图剖面，其呈现出单一方向的倾斜、层理连续、倾角平缓的典型沉积特征。而下图中“祝融号”所探测到的倾斜反射与其高度一致。随后我们统计了这些火星次表层沉积层倾角的分布情况，它们的平均值为14.5°，标准差为2.9°。

我们将这个结果与来自地球21个滨海沉积环境的雷达倾角数据进行比对，发现火星数据完全落在地球滨海沉积物倾角的典型范围之内。因此，我们推测火星上这些反射层可能是古代海洋环境中形成了滨海沉积物。

那么火星上这些倾斜反射层是否可能来自其他沉积环境？比如河流系统，由于河道的迁徙和水动力作用，河流沉积物往往非对称地分布于河道两侧，并具有交错层理结构。然而，“祝融号”次表层雷达观测到的反射界面呈现平行层理，且倾向一致，不符合河流沉积的成因。

此外，我们排除了熔岩流或火山堆积物的可能性，通过雷达数据反演，“祝融号”探测路径下方火壤介电常数在3-7之间，远低于熔岩流区域的介电常数。从形态上来看，熔岩流通常呈现波浪状或者膨胀状的反射界面，既不具备层理连续性，也没有统一的倾斜方向，与观测到的反射界面特征不符。

最后，我们也排除了风成沙丘的可能性。风成沙丘的内部结构通常具有明显的层理倾角变化。即使在同一沙丘内部，因风向和沙粒堆积作用的变化，层理倾角也会呈现空间变化，而“祝融号”雷达数据中的反射层缺乏这种倾角变化规律，与风成沙丘特征不符。

综上所述，本研究结果为火星北部低地平原曾存在古代海洋提供了直接的地下证据。如此大规模的沉积物表明它们是在一个持久且稳定的古代海洋潮汐环境中沉积形成的，而非短暂的融水事件，这为我们理解火星早期的气候与水循环，探索生命存在的可能性提供了一个关键拼图。然而，我们也要明确一点，有水不等于有生命，也不等于宜居，但至少“祝融号”的发现为火星曾经宜居这个问题提供了一个必要但非充分的条件。

随着气候变干，液态水逐渐从火星表面消失，滨海沉积物被风化火壤所覆盖。那么这些水去哪了呢？这可能是由于火星的磁场减弱，导致其无法抵挡太阳风对大气层的剥离，同时火星内部活动减弱，火山活动减少，无法补充大气。最终，火星大气变得稀薄，使得液态水无法稳定存在。这些水有的逃逸到太空，有的渗入地下形成冰层或与矿物结合，还有一部分至今仍存在于火星两极的冰盖中。“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我们去解答。