科學家根據“祝融號”返回的沙丘表面特征提出現代火星存在水

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現代火星是否存在液態水？中國科研人員研究有了新發現。中國科學院地質與地球物理研究所的科研人員近期利用“祝融號”搭載的導航地形相機、多光譜相機和火星表面成分探測儀，對該地區沙丘表面的微觀形貌特征和物質成分特征開展研究，首次發現了“祝融號”著陸區的沙丘表面存在結殼、龜裂、團粒化、多邊形脊、帶狀水痕等表面特征，同時，通過光譜數據分析發現，沙丘表面富含含水硫酸鹽、蛋白石、含水鐵氧化物等物質成分。相關研究成果近日在學術期刊《科學進展》（Science Advances）發表。

現代火星是否存在液態水對于星際移民、近代火星氣候演化研究具有重要意義。液態水是塑造火星宜居環境乃至存在生命的前提。以往研究已證明早期火星曾存在大量液態水，而后伴隨火星早期大氣逸散，氣候環境發生重大轉變，極低的氣壓和水汽含量導致今天火星上液態水難以穩定存在而只能以固態或氣態的形式存在。然而，“鳳凰號”機械臂上觀測到的液滴證明當前火星高緯度地區夏季可以出現含鹽液態水，數值模擬也顯示適合液態水存在的氣候條件可以短暫出現在當今火星某些地方。然而，氣溫最高的火星低緯度地區是否存在液態水，至今仍缺少直接的觀測證據。

2021年我國“天問一號”火星任務搭載的“祝融號”火星車成功著陸于烏托邦平原（Utopia Planitia，UP）南部邊緣（109.925°E，25.066°N）。該地區位于火星北半球晚西方紀低地（northern lowlands）單元，屬于火星低緯度地區。截至冬季休眠，“祝融號”火星車工作了350多個火星日，行程約2千米，獲得了大量寶貴的科學探測數據。

中國科學院地質與地球物理研究所研究員秦小光、王旭、吳海斌，聯合國家天文臺研究員劉建軍、任鑫，大氣物理研究所博士孫詠等科研人員，利用“祝融號”搭載的導航地形相機、多光譜相機和火星表面成分探測儀，對該地區沙丘表面的微觀形貌特征和物質成分特征開展研究，首次發現了“祝融號”著陸區的沙丘表面存在結殼、龜裂、團粒化、多邊形脊、帶狀水痕等表面特征（如圖），同時，通過光譜數據分析發現，沙丘表面富含含水硫酸鹽、蛋白石、含水鐵氧化物等物質成分。科研人員結合“祝融號”火星氣象儀的實測數據和其他火星探測器的地表觀測氣象數據，在排除地下水和二氧化碳的可能后，確定這些表面特征與降溫時在含鹽沙丘表面的降霜或降雪有關。含鹽沙粒促使霜雪在低溫下融化形成含鹽液態水，鹽水干燥后含水的硫酸鹽、蛋白石和鐵氧化物等含水礦物膠結沙粒形成風沙團粒乃至結殼，且結殼進一步干燥形成龜裂。后期的再次降霜降雪在結殼上進一步形成多邊形脊和帶狀水痕等液態水活動痕跡。同時，根據沙丘上隕石坑的統計，確定沙丘形成于距今約40萬—140萬年前以后，結合水的三相圖關系推定，在晚亞馬遜紀的火星地軸大傾角時期，水汽從極地冰蓋向赤道方向的擴散傳輸導致火星低緯度地區出現多次濕潤環境，由此研究提出，火星地軸大傾角時低緯度地區低溫有助于降霜降雪、導致含鹽沙丘表面結殼和團粒化，造成沙丘固化并留下液態水活動痕跡的形成模式。

沙丘表面水痕跡。（a）圖e中剖面位置地形等高線圖；（b）亮結殼上條帶狀痕跡和疑似水浸土塊碎屑與暗沙壟上風沙團粒的MSCam相機鳥視照片；（c）亮多邊形脊和龜裂的放大圖像；（d）環形區及其條帶狀邊界痕跡的照片；（e）亮沙丘西翼兩個縱向暗沙壟之間洼槽的三維圖像，其中白虛線是圖f剖面的位置；（f）圖e中白虛線的地形剖面圖。

上述科研成果推進了在火星低緯度地區液態水地面觀測證據的研究，揭示了在表面溫度相對溫暖、適宜的低緯度地區，現代火星氣候可出現更潮濕的環境。這對探索火星氣候演化歷史、尋找宜居環境具有重要意義，并為未來尋找生命存在提供了關鍵線索。