长期以来,火星被视作寒冷干燥的星球,但行星科学界的共识同样指出:火星并非自始如此。
早期火星曾具备更温暖湿润的环境,河流、湖泊乃至海洋地貌广泛分布;随后气候逐步转向干旱寒冷,水活动由大范围地表过程收缩为冰与盐类沉积、局部融化与地下水上涌等有限现象。
然而,一个关键问题始终牵动探测与科研布局——火星“最近一次”具有明确地表或浅表水活动的时间究竟有多晚?
时间界限越靠近现代,越意味着火星内部与外部环境在更长时期内仍保有驱动水循环的能量与条件,也将直接影响未来着陆点选择、资源利用评估和生命迹象探测路径。
围绕这一问题,祝融号在乌托邦平原南部着陆后获取的雷达数据提供了难得的“向下看”窗口。
次表层探测雷达是祝融号可探测地表以下结构的重要装备,低频雷达能探至几十米深,适于识别较深层沉积与古洪水记录;此前研究已在着陆区揭示多期洪水沉积事件,将火星水活动延伸至更晚的年代。
但对浅表约10米范围内的精细结构,低频雷达分辨率受限,难以回答“浅层是否存在与水密切相关的沉积或冻融痕迹”等更具现实意义的问题。
高频雷达则以更高分辨率补足这一短板,能在数米至十米尺度上刻画薄层沉积、构造变形与介电特性变化,为判断水冰、含盐水或冻融作用留下的地质“指纹”提供条件。
但高频数据“信息量大”也意味着“噪声更复杂”。
在火星复杂介质中,电磁波反射与多次散射叠加,容易造成回波混杂、有效信号被掩盖,若处理不当,结论将缺乏可靠性。
研究团队借鉴地球油气勘探与应用地球物理领域的成熟方法,对多次散射噪声进行压制,并结合测井思路与各向异性分析等手段,将雷达回波转换为可解释的浅层结构图像,最终在着陆区约7米深范围内实现厘米级精细成像,绘制出可分辨薄层沉积的浅表“剖面图”。
这一过程不仅是算法与经验的迁移,更体现了跨学科方法在深空探测数据解译中的必要性:当直接取样难以实现时,提升遥感反演精度就是提高科学结论可信度的关键路径。
在成像结果与介电常数等参数综合约束下,研究在浅层识别出上、中、下三套反射结构,其中中部强反射界面与其上下弱反射层之间的组合,指向物质性质存在显著差异。
更重要的是,浅层还呈现整体倾斜的坡面、裂缝构造以及特定的断层形态,并显示“碗形”几何特征,解释为两个被后期物质掩埋的陨石坑。
陨石坑在火星地表演化中既是“时间标尺”,也是“物质汇聚区”:其地形低洼易于聚集沉积物与挥发分,若在相对年轻的地层中出现与水相关的沉积结构或物性特征,往往意味着在撞击之后仍发生过与水、冰或冻融有关的再改造过程。
研究据此提出,乌托邦平原南部浅表层在距今约7.5亿年前仍存在显著水活动,火星水活动持续至更晚时期的证据链进一步增强。
这一结论的影响不止于刷新时间表。
其一,它为火星晚期气候演化提供了新的约束:若在相对“近期”的地质时期仍出现水活动,可能意味着火星并非在进入整体寒冷干旱阶段后就完全“静止”,而是存在阶段性或局地性的能量与水源触发机制。
其二,它提示火星浅表层可能保留更多与水相关的沉积记录,尤其是在中高纬度、火山热异常区或地下冰分布边界附近,这将改变未来探测对“去哪儿找水、找什么样的水痕迹”的策略。
其三,对潜在宜居性评估而言,水活动越晚,意味着某些微环境在更长时间内可能保持可供化学反应发生的条件,为寻找有机物保存与潜在生命迹象提供更现实的窗口。
从原因分析看,火星晚期仍出现水活动,可能与多因素共同作用有关:一是轨道参数变化引发的气候波动,导致冰在不同纬度间迁移并发生周期性融化;二是含盐物质降低水的冰点,使得在低温条件下仍可能出现短暂液态水或泥浆流动;三是撞击事件或局地地热条件改变近地表热结构,触发地下冰融化或水汽迁移;四是风成沉积与覆盖层形成“保温帽”,使浅层挥发分更易保存并在特定条件下重新活化。
上述机制并非互斥,未来需要更多轨道遥感、原位探测与数值模拟联动验证。
面向对策与下一步工作,业内普遍认为应从“证据链闭合”出发:一方面,继续拓展雷达数据的覆盖与对比研究,结合地形、光谱、热惯量等多源信息,建立不同地质单元的物性“模板”,提高水/冰/盐的识别区分度;另一方面,推动关键区域的原位取样与实验室分析能力规划,尤其是对浅表含水矿物、盐类与细粒沉积的年代学约束与有机物保存条件评估;同时,在任务设计上更注重把“可用资源”与“科学目标”统筹起来,把水冰探测与未来长期驻留需求相衔接,以更高效率服务深空探测整体布局。
展望未来,随着火星探测进入多任务并行、数据积累加速的新阶段,类似“浅表层水活动仍在延续”的发现将推动研究范式从宏观时代划分走向对局地过程的精细刻画。
更高分辨率的地下探测、跨尺度的沉积学解释以及与地球类比的实验约束,将使火星从“是否曾经有水”的判断,进一步迈向“何时、何地、以何种形态存在、对环境与生命意味着什么”的系统回答。
火星的故事仍在被逐页翻开。
从祝融号火星车传回的每一份数据,都在帮助人类更深入地理解这颗邻近星球的过去与现在。
这次对7.5亿年前火星水活动的发现,不仅展现了中国火星探测科技的创新能力,更体现了科学研究中那种不畏困难、深入探索的精神。
正如研究团队所经历的那样,真正的科学突破往往隐藏在看似简单的问题背后,需要研究者敢于"入坑"、善于"解坑"。
随着火星探测工作的不断深入,人类对这颗红色星球的认识必将更加全面而深刻,而这些认识最终都将指向同一个终极目标——理解宇宙中生命存在的可能性,以及人类在星辰大海中的未来方向。