Nature | 再传喜讯！中国科学院陈凌团队发现火星浅表下并无液态水，但可能存在盐冰

火星上的地下分层保存了破译地球地质演化、水文循环以及古气候和古环境变化的关键。探索火星的地下结构和分层能够加深我们对火星地质、水文演化和古气候变化的理解，并且一直是过去和继续火星探测任务的主要任务。

乌托邦平原是填充乌托邦撞击坑的火山和沉积地层的平坦平原，曾经可能是一个古海洋，预示着火星早期可能存在过宜居环境。然而，这里的地质如何演化，如今具有怎样的地下结构，地下是否存在水或冰，这些问题仍是未知。

2022年9月26日，中国科学院地质与地球物理研究所陈凌团队在Nature 杂志在线发表题为“Layered subsurface in Utopia Basin of Mars revealed by Zhurong rover radar”的研究论文，该研究报告了“天问一号”携带的“祝融号”火星车在乌托邦平原南部边缘地区对火星地下结构进行的原位探地雷达调查。沿着火星车大约 1,171 米的横断面构建了详细的地下图像剖面，显示了在不到 10 米厚的风化层下方大约 70 米厚的多层结构。虽然在雷达探测深度范围内没有发现存在液态水的直接证据，但并不能排除着陆区地下存在盐冰。

2021 年 5 月 15 日，中国首次火星探测任务“天问一号”携带的“祝融号”火星车在乌托邦平原南部预选着陆区成功着陆，开启巡视探测工作。详细的火星地下结构和物性信息是研究火星地质及其宜居环境演化的关键依据。我国“天问一号”携带的“祝融号”火星车次表层探测雷达能够对巡视区地下浅层结构进行精细成像，将深化我们对乌托邦平原演化、地下水/冰分布等关键科学问题的认识。

图1. 祝融火星车着陆点周边区域（图源自Nature ）

该研究分析了来自RoPeR低频通道的数据，并通过一系列处理程序构建了雷达反射剖面，包括预处理、噪声衰减、偏移和具有最佳参数的地形校正。得到的雷达剖面显示了 10-80 m 深度范围内的深度变化反射特征。研究人员还基于衍射分析估计了 0-80 m 深度范围内的介电常数（不考虑介电损耗）。

图2. 低频雷达数据的成像结果和解释（图源自Nature ）

通过对前113个火星日、探测长度达1171米的“祝融号”火星车低频雷达数据展开了深入分析，研究人员发现该区域数米厚的火壤层之下存在两套向上变细的层序：

第一套层序位于地下约10-30米，含有较多石块，其粒径随深度逐渐增大。距今大约16亿年以来的短时洪水、长期风化或重复陨石撞击作用可能导致了这一套向上变细沉积层序的形成；第二套层序位于地下约30-80米，其石块粒径更大（可达米级）且分布更为杂乱，反映了更古老、更大规模的火表改造事件。基于前人撞击坑统计定年结果推测，这次改造事件可能发生在距今35-32亿年前，与乌托邦平原南部的大型洪水活动有关。

通过基于先前研究（方法）估计的可用热参数进行热传导模拟，进一步测试了这种评估与热考虑。热模拟结果表明，竹融登陆区在RoPeR探测深度范围内的年平均温度在220 K左右，远低于纯水的冰点（273 K），并且也低于典型硫酸盐和碳酸盐盐水的共晶温度，但略高于高氯酸盐盐水系统的温度。这一观察表明，祝融着陆区的浅层地下不能稳定地含有液态水，也不能含有硫酸盐或碳酸盐盐水，这与雷达成像结果一致。

不仅如此，通过温度估计和雷达图像的组合表明高氯酸盐盐水的存在是可能的，但可能只发生在大约 80 米以下的深度。在这个阶段，不能排除在硫酸盐或碳酸盐存在的情况下盐冰的存在，因为这些材料的介电常数（2.5-8）与岩石材料无法区分。据报道，液态水被认为存在于火星的极地冰盖之下，水冰也存在于中低纬度地区的浅层深处。

总的来说，该研究表明“祝融号”火星车着陆区火表数米厚的风化层下存在两套向上变细的层序，这可能反映了约35-32亿年以来多期次与水活动相关的火表改造过程。目前该区域火表以下0-80米未发现液态水存在的证据，但仍不排除存在盐冰的可能。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05147-5

转自：“iNature”微信公众号

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