科學家根據(jù)“祝融號”返回的沙丘表面特征提出現(xiàn)代火星存在水

(資料圖)

現(xiàn)代火星是否存在液態(tài)水？中國科研人員研究有了新發(fā)現(xiàn)。中國科學院地質(zhì)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(qū)沙丘表面的微觀形貌特征和物質(zhì)成分特征開展研究，首次發(fā)現(xiàn)了“祝融號”著陸區(qū)的沙丘表面存在結(jié)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(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，沙丘表面富含含水硫酸鹽、蛋白石、含水鐵氧化物等物質(zhì)成分。相關(guān)研究成果近日在學術(shù)期刊《科學進展》（Science Advances）發(fā)表。

現(xiàn)代火星是否存在液態(tài)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(tài)水是塑造火星宜居環(huán)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(tài)水，而后伴隨火星早期大氣逸散，氣候環(huán)境發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，極低的氣壓和水汽含量導致今天火星上液態(tài)水難以穩(wěn)定存在而只能以固態(tài)或氣態(tài)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(qū)夏季可以出現(xiàn)含鹽液態(tài)水，數(shù)值模擬也顯示適合液態(tài)水存在的氣候條件可以短暫出現(xiàn)在當今火星某些地方。然而，氣溫最高的火星低緯度地區(qū)是否存在液態(tài)水，至今仍缺少直接的觀測證據(jù)。

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(qū)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(qū)。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(shù)據(jù)。

中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所研究員秦小光、王旭、吳海斌，聯(lián)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(qū)沙丘表面的微觀形貌特征和物質(zhì)成分特征開展研究，首次發(fā)現(xiàn)了“祝融號”著陸區(qū)的沙丘表面存在結(jié)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(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，沙丘表面富含含水硫酸鹽、蛋白石、含水鐵氧化物等物質(zhì)成分。科研人員結(jié)合“祝融號”火星氣象儀的實測數(shù)據(jù)和其他火星探測器的地表觀測氣象數(shù)據(jù)，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(guān)。含鹽沙粒促使霜雪在低溫下融化形成含鹽液態(tài)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(jié)沙粒形成風沙團粒乃至結(jié)殼，且結(jié)殼進一步干燥形成龜裂。后期的再次降霜降雪在結(jié)殼上進一步形成多邊形脊和帶狀水痕等液態(tài)水活動痕跡。同時，根據(jù)沙丘上隕石坑的統(tǒng)計，確定沙丘形成于距今約40萬—140萬年前以后，結(jié)合水的三相圖關(guān)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(qū)出現(xiàn)多次濕潤環(huán)境，由此研究提出，火星地軸大傾角時低緯度地區(qū)低溫有助于降霜降雪、導致含鹽沙丘表面結(jié)殼和團粒化，造成沙丘固化并留下液態(tài)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(jié)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(huán)形區(qū)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(qū)液態(tài)水地面觀測證據(jù)的研究，揭示了在表面溫度相對溫暖、適宜的低緯度地區(qū)，現(xiàn)代火星氣候可出現(xiàn)更潮濕的環(huán)境。這對探索火星氣候演化歷史、尋找宜居環(huán)境具有重要意義，并為未來尋找生命存在提供了關(guān)鍵線索。

（總臺央視記者 褚爾嘉）

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