科學(xué)家在國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等項(xiàng)目的資助下，研究發(fā)現(xiàn)位于火星北半球?yàn)跬邪钇皆喜康摹白Ｈ谔枴敝憛^(qū)，地下10米～35米深處存在多層傾斜沉積結(jié)構(gòu)。這些地質(zhì)特征與地球海岸沉積物高度相似，為火星中低緯度地區(qū)曾存在古代海洋提供了迄今最直接的地下證據(jù)。2月25日，相關(guān)成果發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。
烏托邦平原地圖、祝融號火星車著陸點(diǎn)和四條可能的古海岸線。研究團(tuán)隊(duì)供圖
火星因其與地球相似的地質(zhì)特征、季節(jié)性變化和晝夜節(jié)律而被科學(xué)家視為人類星際移民的首選目標(biāo)。然而，關(guān)于火星水資源的研究一直存在爭議。過去數(shù)十年，人類對火星的探測已取得諸多里程碑：軌道探測器拍攝到極地冰蓋、火星車在巖石中發(fā)現(xiàn)水合礦物、甚至直接探測到地下冰層。然而，這些發(fā)現(xiàn)大多集中在高緯度或極地區(qū)域，環(huán)境極端寒冷，難以支撐大規(guī)模移民。
與此同時(shí)，關(guān)于火星北部低地是否曾存在浩瀚海洋的爭論始終未歇。盡管從軌道圖像中識(shí)別出的可能古海岸線表明火星北部低地可能曾經(jīng)存在覆蓋火星表面三分之一的古代海洋，然而，由于遙感數(shù)據(jù)推斷的古海岸線高度分布不一致，以及40億年來火星表面經(jīng)歷的撞擊、風(fēng)化、和重塑等過程會(huì)扭曲或掩蓋古代海洋的表面證據(jù)，火星古海洋假說仍存在爭議。因此，獲取火星古海洋的直接證據(jù)至關(guān)重要。
祝融號著陸點(diǎn)傾斜沉積結(jié)構(gòu)形成過程的示意圖。研究團(tuán)隊(duì)供圖
中國首輛火星車——祝融號于2021年5月15日著陸于烏托邦平原南部（東經(jīng)109.925°，北緯25.066°）。祝融號搭載的火星次表層穿透雷達(dá)是一種雙頻探地雷達(dá)系統(tǒng)，旨在探測地下結(jié)構(gòu)和可能存在的水冰。其中低頻通道（15-95 MHz）能夠探測地表以下80米的深度。截至2022年5月18日，祝融號在烏托邦平原南部行駛了約1.9公里，位于前人提出的海岸線以北約280公里處，海拔比該海岸線低約500米。
該研究通過分析火星車穿透雷達(dá)低頻通道的實(shí)測數(shù)據(jù)，在祝融號沿途地表以下10米～35米深度范圍內(nèi)識(shí)別出76個(gè)地下傾斜反射體。這些反射體具有以下特征：一是，空間分布廣泛且均勻，覆蓋范圍超過1.3公里；二是，在相同位置的不同深度可觀測到多個(gè)平行分布的反射體；三是，所有反射體均呈現(xiàn)向北低地方向傾斜的特征，傾角分布在6°～20°之間，平均傾角為14.5°。
這些層理結(jié)構(gòu)與地球沿海沉積物的雷達(dá)成像結(jié)果驚人地相似，其一致性和物理特性排除了風(fēng)成沙堆、熔巖管道或河流沖積等其他成因。該沉積物的大規(guī)模存在表明，風(fēng)浪驅(qū)動(dòng)的沿岸輸送為海岸線提供了穩(wěn)定的泥沙凈流入，并形成了海岸線前積層，這種結(jié)構(gòu)只有在持久穩(wěn)定的大型水體環(huán)境中才能形成，而非僅僅是局部和短暫的融水現(xiàn)象。
該研究由廣州大學(xué)、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、同濟(jì)大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)以及加利福尼亞大學(xué)伯克利分校等單位的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)完成，不僅提供了火星北部平原曾存在古代海洋的關(guān)鍵地下證據(jù)，還揭示了火星曾經(jīng)經(jīng)歷過長期溫暖濕潤的氣候期，這意味著火星曾長期維持適宜液態(tài)水存在的溫度和氣壓條件，遠(yuǎn)超之前估計(jì)的短期融水事件。此外，研究發(fā)現(xiàn)的海岸線沉積物電介質(zhì)特性與地球上由細(xì)砂和中砂顆粒的介電常數(shù)一致，這進(jìn)一步證實(shí)了其海洋沉積物的性質(zhì)。
論文共同第一作者兼通訊作者、廣州大學(xué)教授劉海表示，此次發(fā)現(xiàn)的最大意義，在于將火星液態(tài)水的證據(jù)從人跡罕至的極地，擴(kuò)展到了更適合人類活動(dòng)的中低緯度地區(qū)。如果這里曾存在海洋，那么隨著氣候變遷，大量水分可能以地下冰的形式被封存，為未來火星基地的水資源利用提供了可能。
與極地區(qū)域相比，中低緯度地區(qū)光照和溫度條件更適宜人類活動(dòng)，如果能夠接近這些古海洋區(qū)域的地下水資源，將大大降低火星基地的建設(shè)和維護(hù)成本。此外，這些古海洋沉積物保存了火星氣候變化的歷史記錄，研究這些沉積物可以幫助我們理解火星如何從溫暖濕潤轉(zhuǎn)變?yōu)楹涓稍?，進(jìn)而指導(dǎo)人類如何改造火星環(huán)境，最終有望實(shí)現(xiàn)火星的長期可持續(xù)居住。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2422213122
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