2021 年 5 月 15 日，" 天問一號 " 火星任務攜帶的火星車 "祝融號" 登陸，正式開啟了對這顆紅色星球的地面探索。

一年多后，中國科學家團隊在《自然》雜志上發(fā)表了對祝融號雷達成像的第一批分析成果。

雷達探測能夠深入地下 100 米的區(qū)域，它幫助科學家構建出了一幅詳細的火星地下剖面圖。研究發(fā)現(xiàn)，雖然在雷達探測深度的范圍內沒有發(fā)現(xiàn)液態(tài)水存在的直接證據(jù)，但目前還不能排除著陸區(qū)域的地下存在鹽冰的可能。

迷人的烏托邦平原

祝融號的著陸點位于烏托邦平原，這是火星北半球的一片廣闊平原。這里的地質歷史一直吸引著許多研究火星的專家。

烏托邦平原具有一些獨特的地貌特征，比如巨大的多邊形結構、凹陷的錐體，還有一些分層噴射的隕擊坑，這些都暗示著，在歷史上這里可能存在過大量的水或冰。有太空觀測認為，沉積物表明這片地區(qū)有可能曾是一片古老的海洋，或者被巨大的洪水所淹沒。

今年 5 月，研究人員分析了中國火星軌道飛行器 " 天問一號 " 拍攝的著陸點的紅外圖像，并發(fā)現(xiàn)了水合礦物，它們有可能是在地下水上升穿過巖石或冰融化時形成的。

但是，在烏托邦平原東部，埃律西昂山的火山噴發(fā)或者其他一些火山活動，可能讓這片區(qū)域的地表被巖漿覆蓋。這種廣泛的改造事件或許會掩蓋一些歷史的痕跡。

因此，研究人員希望通過研究雷達數(shù)據(jù)，更清楚地了解這片地區(qū)曾經發(fā)生過什么，而水或冰是否仍然可能隱藏在巖石之下。

地表之下的秘密

祝融號上安裝的探地雷達（RoPeR）具有高頻（450-2150MHz）和低頻（15-95MHz）兩個頻道。高頻波可以達到地下 3 到 10 米的深度，而低頻波則有能力深入地下約 100 米。

自著陸后，在 2021 年 5 月 25 日到 9 月 6 日期間，當祝融號向南行駛的過程中，雷達在約 1171 米的路徑上收集到了大量探地數(shù)據(jù)。

祝融號著陸點地表圖像及行徑軌跡。（圖／Li, C. et al., Nature, 2022）

簡單來說，雷達信號會從地下的材料上反射回來，揭示出這些材料的顆粒大小和它們保持電荷的能力。更強的信號通常代表著更大的物體。研究人員利用 RoPeR 的低頻數(shù)據(jù)，繪制出了深達 80 米的高分辨率地下結構特征。

低頻雷達成像剖面。（圖／Li, C. et al., Nature, 2022）

直到地下 80 米的范圍中，雷達并沒有發(fā)現(xiàn)液態(tài)水的證據(jù)。但科學家在這里注意到了具有獨特模式的地下水平層。

根據(jù)反射特性的模式和電容率的估計，地下結構可以大致分為四層。最上面的風化層大約不超過 10 米深度。

但在 10 到 30 米深的第二層中，反射信號隨著深度的增加而加強。這可能是由于較大的巨礫停留在這一層的底部，而較小的巖石位于上方。

在 30 到 80 米之間，還有一個更古老、也更厚的第三層，它呈現(xiàn)出了與第二層類似的反射變化模式，但反射更強一些，平均電容率的數(shù)值也更高，這說明，這一層存在更大的巖塊，分布也更均勻。

論文通訊作者、中國科學院地質地球研究所研究員陳凌在接受《自然》雜志采訪時介紹，第二層可能是由大約 16 億年前的一場洪水造成的，當時或許存在大量冰川活動。而更古老的一層可能是 30 多億年前快速洪水的結果，洪水將沉積物帶到了這片地區(qū)。當時火星上也許存在大量的水活動。

火星烏托邦平原南部歷史改造的概念模型。（圖／Li, C. et al., Nature, 2022）

雷達數(shù)據(jù)和熱模擬都表明，祝融號著陸區(qū)的淺層地下不可能穩(wěn)定地存在液態(tài)水，也不可能包含硫酸鹽或碳酸鹽鹵水。如果液態(tài)水或鹵水存在的話，它們可能被埋在更深的地方，基本超出了 RoPeR 的探地深度，因此目前尚不能排除這種可能性。

邁出第一步

這項研究僅僅是祝融號帶來的第一批成果。隨著 " 火星旅程 " 繼續(xù)，數(shù)據(jù)還將不斷累積。

對探測而言，不同工具也有各有所長。比如，雷達數(shù)據(jù)能夠展示地下物質的分層和幾何形狀，卻沒那么擅長確定地下物質的成分。研究人員需要依賴各種線索，才能建立起一幅歷史事件的完整圖景。

接下來，配合高頻雷達的測量結果以及天問一號的軌道觀測，中國火星任務一定還會帶來更多令人興奮的結果。