蒋鹏飞|祝融号揭秘火星地下15米冰封奥秘

如果你把一根探针插进火星的土壤，深入15米，你可能会碰到冰。不是纯净的冰，而是混杂着沙砾、尘埃和碎石的"脏冰"，就像是被土裹了厚厚一层外壳的冻冰棍。这听起来不怎么浪漫，但在行星科学界，这是一个足以让研究者激动到睡不着觉的发现。

祝融号火星车搭载的次表层探测雷达（RoPeR），在乌托邦平原南部约15米深度探测到一层厚约7米的低损耗物质层，其介电性质与含水冰混合物高度吻合。结合数值模拟、频率分析和光谱数据，研究团队推断这是一层含有少量石块的"脏冰"层，为火星中低纬度浅表层水冰的存在提供了直接观测证据。这个发现的真正价值，远超一条科学新闻的边界。它同时触及了三个最根本的问题：火星过去有水吗，现在有没有，未来能不能用。

15米深的冰为什么比极地的冰更重要

在这个发现之前，科学界早就知道火星有水冰，这不是秘密。火星两极有巨大的极冠，覆盖着厚厚的水冰和干冰，这是探测卫星早就看到的。问题是，极地对人类太冷、太远、太难抵达，既不适合建设未来的人类基地，也不是科学价值最高的探索目标。

真正让行星科学家困惑多年的，是中低纬度有没有冰。火星中低纬度气候相对温和，地质历史更复杂，也是未来载人登陆任务最可能选择的区域。如果这里有冰，意义就截然不同了：第一，它说明水曾经广泛分布在火星表面而不只是积聚在极区；第二，它意味着未来的火星探测基地可以就地取材，不必从地球运水；第三，它为研究火星气候演化提供了一块活生生的实物档案。

乌托邦平原是火星上最大的撞击盆地之一，直径超过3300公里。此前在轨探测卫星已经发现这一区域存在大量可能指示古代水活动的特殊地貌，但"有没有水"和"水在哪里、以什么形态存在"是完全不同量级的问题。祝融号的雷达数据，把这个问题从"有没有"推进到了"在这里、就是这个样子"，这才是真正的科学突破。

脏冰是怎么来的说清楚了一件大事

既然知道了冰在哪里，咱们再来说说这块冰是怎么来的。研究团队提出的演化模型，让这个发现的意义更加完整。火星的轨道倾角在历史上并不固定，它会随着引力扰动发生大幅度摆动。在轨道倾角较大的时期，太阳照射方向发生偏转，中低纬度地区会出现更极端的季节性温差，水冰有机会以霜或积雪的形式在这些区域大量富集。那些从极区升华迁移过来的水汽，遇到低温就凝结，与火壤和尘埃混合，形成最初的"脏冰"层。

随后，风成过程发挥了关键作用。火星上的风沙活动在这层冰的上方逐渐堆积起厚厚的风化层，形成了天然的"保温棉被"，有效抑制了冰在漫长岁月中的完全升华。正因为有这层覆盖，才让今天的祝融号还能在地下15米处探测到冰的残留。研究还发现，这层冰的厚度在空间上分布不均匀，这说明它仍在缓慢退化，退化速度的差异可能与局部地形、覆盖层厚度等因素有关。

这个模型的深刻之处在于，它把火星的水冰分布、轨道历史、大气演化和地表风化过程连成了一条完整的逻辑链。它告诉我们，乌托邦平原现在的样子，是火星气候变迁几亿年的结果，而地下那层脏冰，是那段历史留下来的最直接的实物记录。

这块脏冰能用吗

发现中低纬度地下水冰，对未来的火星探测任务有直接的工程意义，而且这笔账值得认真算。从地球发射一公斤物资前往火星，按照目前最乐观的估算，成本也在数万美元量级。如果要把维持人类在火星生存所需的全部水资源从地球运过去，这是一个在工程上完全不可行的方案。原位资源利用，也就是就地取材，是人类能够在火星长期生存的唯一可行路径，而水是其中最基础、最不可或缺的资源，不只用于饮用，还用于生产推进剂中的氢气和氧气、农业灌溉和辐射防护。

祝融号发现的脏冰层位于地表以下约15米，技术上是可以钻取的，这个深度对于工程开采并不构成不可逾越的障碍。问题在于提取效率：脏冰意味着水冰和土壤、碎石混合，需要加热分离，这个过程本身需要能源。在火星那种资源极度稀缺的环境下，如何高效地从脏冰中提取足够的水，将是未来原位资源利用系统必须解决的核心工程问题之一。但有冰和没有冰，是两个完全不同的起点。

接下来再看看这个发现的地理位置，它具有特殊的选址价值。乌托邦平原是火星上最大的撞击盆地，地形相对平坦，这是载人基地建设的理想条件；它位于中纬度，火星辐射环境比极区更好管理；地下冰层埋深15米，在可开采范围内。如果未来的火星载人任务选择乌托邦平原作为着陆区域，这层脏冰将是整个任务最重要的原位资源储备。

祝融号给我国火星探测打开了一扇窗

这项发现是祝融号携带的次表层探测雷达（RoPeR）的科学成果，而这台雷达是我国自主研制的载荷，搭载在我国自主研制的火星车上，落在我国自主选择的着陆区。这几个"自主"叠加在一起，不是套话，而是真实的科学主权。

此前关于火星中低纬度水冰的研究，主要依赖NASA的火星勘测轨道飞行器（MRO）和欧洲航天局的火星快车探测器获取的遥感数据。轨道器从数百公里高空观测火星，能看到地表形态，但看不透地下。祝融号是落在火星上的，它的雷达天线离地面只有几十厘米，向下发射的电磁波可以穿透土层，直接测量地下结构。这种"贴地探测"获得的数据，是轨道器永远无法替代的。

从更长远的视角看，天问一号和祝融号是我国深空探测的第一章，而不是最后一章。天问三号火星取样返回任务已经进入初样研制阶段，计划2030年代前半段完成任务。届时，祝融号雷达探测到的那层脏冰，将可能成为取样目标的参考依据，科学问题从"地下有没有冰"进化为"这里的冰是怎么形成的、保存了多少生命信息"，我国的火星探测链条将在科学上形成真正的递进关系。

这个发现背后最深的问题是生命

说到最后，我想说一个在这次发现的新闻报道里被刻意低调处理、但实际上是整个火星探测最终动因的问题：生命。水冰的存在，不直接等于生命存在，这一点需要明确。但水是已知所有生命形式的必要条件，而且在极端环境下，液态水可能存在于冰层附近的温度梯度带，这恰恰是地球上某些嗜极生物能够生存的边界环境。乌托邦平原地下冰层的发现，把"火星可能存在微生物"这件事从纯粹的理论推测，向着"有了可探测的物理基础"又推进了一步。

当然，从有冰到有生命，是一道横跨无数未知的科学鸿沟。但火星探测的逻辑始终是这样的：先找水，再找有机物，再找生命迹象，每一步都建立在上一步的基础上。祝融号的脏冰发现，是这条链上非常扎实的一环，它把后续探测的科学价值具体化了，也让天问三号取样返回任务的选址决策有了更坚实的科学依据。

人类为什么要探索火星？因为我们需要知道，在这个宇宙里，生命究竟是一种偶然的孤例，还是只要条件合适就会出现的普遍现象。这个问题的答案，可能就藏在乌托邦平原地下15米那层满是泥沙的脏冰里。一块脏冰，装着整个宇宙里最重要的问题之一。

数据来源：《Earth and Planetary Science Letters》（《地球与行星科学快报》）期刊《Evidence of shallow subsurface ice at Tianwen-1 landing site》，天问一号任务祝融号次表层探测雷达研究成果、中国国家航天局官方发布

作者简介

蒋鹏飞，科普中国专家、中国科普作家、北京神飞航天应用技术研究院副院长。长期从事商业卫星系统研制与航天科普工作，航天科幻图书《你好人类：逆光行动》作者，"蒋院长讲航天"科普新媒体矩阵创始人，全国最具创新职工网络达人、全国优质直播间、优质主播。在人民日报、顶端新闻、抖音、视频号等20个平台开设栏目，累计触达受众超1.5亿人次。

编辑：航天知识局 审校：张丽