祝融号发现火星 7.5亿年前仍有水体，改写火星气候史

2021年5月15日，祝融号火星车成功着陆火星乌托邦平原南部，首次在火星表面部署了高频四极化地面雷达。如今，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，联合中国科学院国家空间科学中心及中国科学院空天信息创新研究院，通过搭载的高频四极化探地雷达，它穿透火星地表，捕捉到厘米级精细地下结构，证实火星在约 7.5 亿年前（中 — 晚亚马逊纪）仍存在显著水体活动。这一发现将火星 “含水历史的终点” 向后推延数亿年，为重新解读火星气候演化、地质过程及潜在生命宜居性提供了关键证据。

火星今天是一颗寒冷干燥的星球，但它并非一直如此。厘清火星何时失去其湿润的环境，是理解其长期演化过程的关键之一。已有研究表明，火星在距今约40–37亿年前，曾广泛发育河流、湖泊乃至海洋。约37–30亿年前，水活动由持续稳定转为阶段性、突发性过程，并常与火山和构造活动相关，气候逐渐由湿润转向干旱。30亿年前至今，火星整体进入寒冷干旱环境，仅保留冰、卤盐沉积、地下水上涌、地表冰融化及局部洪水等有限水活动。亚马逊中晚期水与气候活动与未来人类探索火星，选择着陆点以及持续支持人类活动具有重要意义。

目前对火星水活动的认识主要依赖轨道探测器拍摄的地貌照片与遥感数据。与地表地貌特征相比，地下结构保存了更完整的地质与气候记录，不同深度对应不同时期的水活动历史。环绕火星的轨道雷达可提供大尺度的地下结构信息，但由于其在太空中运行，距离火星表面较远，难以精细刻画浅地表特征。而浅地表往往对应着更年轻的火星地质与气候活动，对于了解火星水活动如何从早期的广泛分布逐渐转变为晚期局部、短暂且更多发生在地下的过程提供了关键线索。相比之下，由火星车搭载的探地雷达能够原位获取浅地表精细结构和岩性特征。

祝融号火星车位置与行进路线示意图

祝融号着陆区的精细地下结构与岩性特征

祝融号搭载的高频四极化雷达，首次获取了乌托邦平原着陆区地下介质的各向异性参数。在此基础上，研究揭示了着陆区地下的分层结构、断层、裂隙及掩埋撞击坑等地质构造与岩性特征，弥补了以往火星车任务在地下探测方面的不足。

高频雷达探测显示，祝融号着陆区约7米深度范围内发育多尺度沉积结构，包括米级、分米级与厘米级层理。在米级尺度上可识别出三套反射特性明显不同的层序：上层与下层呈弱反射特征，中层则显示为强反射界面。

沿祝融号行驶路径，多处地下掩埋陨石坑被清晰成像。例如部分陨石坑深约2.1米，上覆约4米厚的晚期沉积物。中层与下层普遍发育倾角约8°–15°、整体向北倾斜的坡面及裂缝构造，并从顶层至下层识别出一条向南倾斜的铲形断层，该断层在下层逐渐变缓并消失。

高频雷达数据的HV成像剖面

亚马逊纪中晚期的水活动历史

祝融号着陆区广泛覆盖着约4米厚、地表形态相对均匀的沉积层，覆盖于陨石坑及其周边区域。在排除火山熔岩、变质岩、风成沉积等成因后，水沉积成为唯一能合理解释该沉积层厚度与连续性的形成机制。地下陨石坑的掩埋深度与规模进一步指示，该区域在沉积时期处于浅水环境。高频雷达识别出的深度小于10米、向北倾斜的界面结构，与祝融号低频雷达在10–30米深度揭示的古海岸线特征具有良好对应。

与毅力号所在的杰泽罗区相比，祝融号着陆区介质损耗角正切远小于毅力号所在的火山熔岩覆盖区，进一步表明该区域属于沉积环境。祝融号搭载的火星表面成分分析仪在地表识别出多处板状岩石和海滨交错层理的片状岩石，并检测到含水矿物。相应地，高频雷达成像揭示了掩埋于中部地层的厘米级薄层沉积结构，其形态与地表沉积岩石层理高度相似，表明其形成于水环境沉积过程。尽管火星表面成分分析仪未直接在地表探测到黏土矿物，但下层反演获得的介电常数约6.5，与富盐或富黏土沉积层的典型数值一致。底层各向异性参数介于-5%至5%之间，呈弱各向异性，指示富盐沉积物的存在，进一步暗示了历史上水活动的参与。然而，介电常数与各向异性参数并未同时提供祝融号浅表层存在现代水或冰的直接证据。

向南倾斜的铲形断层结构表明，下层岩石相较于上覆地层更具塑性变形特征，暗示其可能富含石膏或岩盐等盐类矿物，此类地层通常与水下沉积环境密切相关。基于已有陨石坑计数的研究对地下物质年龄的约束，底层沉积物形成时间约为7.5亿年前（中–晚亚马逊纪）。此外，低频雷达数据在约30米深度揭示了一次更早的洪水事件，其年代约为16亿年前。综合分析表明，在中–晚亚马逊纪期间，祝融号着陆区经历了一次显著的地表重塑过程（原地表被覆盖），并且该时期火星仍存在持续性的水活动。

祝融号着陆区近地表沉积地层演化示意图

（央视新闻）