中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心網(wǎng)站5月12日消息，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉洋研究員團(tuán)隊(duì)利用我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問(wèn)一號(hào)祝融號(hào)火星車(chē)獲取的短波紅外光譜和導(dǎo)航與地形相機(jī)數(shù)據(jù)，在著陸區(qū)發(fā)現(xiàn)了巖化的板狀硬殼層，通過(guò)分析光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些類(lèi)似沉積巖的板狀硬殼層富含含水硫酸鹽等礦物。研究團(tuán)隊(duì)推斷，這些富含硫酸鹽的硬殼層可能是由地下水涌溢或者毛細(xì)作用蒸發(fā)結(jié)晶出的鹽類(lèi)礦物膠結(jié)了火星土壤后經(jīng)巖化作用形成，這也標(biāo)志著祝融號(hào)實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首次利用巡視器上的短波紅外光譜儀在火星原位探測(cè)到含水礦物。

　　祝融號(hào)發(fā)現(xiàn)火星近期水活動(dòng)跡象

　　祝融號(hào)火星車(chē)著陸區(qū)位于經(jīng)歷了重塑事件的年輕亞馬遜紀(jì)地層上，已有的研究認(rèn)為火星在亞馬遜紀(jì)時(shí)期氣候寒冷干燥，液態(tài)水活動(dòng)的范圍和程度極其有限。祝融號(hào)在地質(zhì)年代較為年輕的著陸區(qū)發(fā)現(xiàn)水活動(dòng)的跡象表明，亞馬遜紀(jì)時(shí)期的火星水圈可能比以往認(rèn)為的更加活躍。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)理解火星的氣候環(huán)境演化歷史具有重要意義，該成果于5月11日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊 Science Advances上。

　　中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問(wèn)一號(hào)搭載的祝融號(hào)火星車(chē)于2021年5月15日成功著陸于烏托邦平原南部(北緯25.066°、東經(jīng)109.925°)區(qū)域，首次在火星上留下了中國(guó)印記。截至目前，祝融號(hào)火星車(chē)已經(jīng)在火星北部低地的烏托邦平原區(qū)域行駛1年，累計(jì)行駛近2千米 ，獲得了大量寶貴的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。已有的撞擊坑定年工作顯示，著陸區(qū)位于經(jīng)過(guò)了后期重塑事件的亞馬遜紀(jì)地層，是火星地質(zhì)年代幾個(gè)主要階段(前諾亞紀(jì)、諾亞紀(jì)、西方紀(jì)和亞馬遜紀(jì))的末期，氣候已經(jīng)從以前的暖濕變?yōu)橐院涓珊禐橹鳌＼壍肋b感數(shù)據(jù)分析顯示，著陸點(diǎn)周?chē)植嫉亩喾N地貌特征(圖1)指示烏托邦平原曾經(jīng)可能存在大量的揮發(fā)分。但受限于空間分辨率和覆蓋率，軌道遙感數(shù)據(jù)并沒(méi)有在著陸區(qū)附近發(fā)現(xiàn)含水礦物，這為此類(lèi)地貌的形成機(jī)制和該地區(qū)水活動(dòng)的性質(zhì)帶來(lái)了諸多疑問(wèn)。

　　圖1.(A)“祝融號(hào)”著陸點(diǎn)地貌圖。(B)“祝融號(hào)”巡視路線圖。(Liu et al., 2022, Science Advances)

　　劉洋研究員和合作者通過(guò)對(duì)祝融號(hào)火星表面成分探測(cè)器(MarSCoDe)獲取的短波紅外光譜和導(dǎo)航與地形相機(jī)(NaTeCam)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了一種形貌上類(lèi)似沉積巖的巖石類(lèi)型——板狀的亮色巖石。這些板狀巖石通常部分被灰塵和土壤覆蓋，顯示出剝落的表面，表明受到熱應(yīng)力和風(fēng)成作用的物理風(fēng)化。研究人員利用短波紅外光譜在這些亮色板狀巖石中探測(cè)到了之前軌道數(shù)據(jù)在該區(qū)域沒(méi)有識(shí)別到的含水礦物，這些光譜具有~1.9μm和~2.2μm吸收特征，推測(cè)其為含水硅或含水硫酸鹽(圖2)。

　　圖2.導(dǎo)航相機(jī)全景圖(A)sol 32、(B)sol 43和(C)sol 45。白色箭頭指示短波紅外光譜觀測(cè)目標(biāo)巖石的位置。(D)光譜測(cè)量巖石的放大圖像。(E)短波紅外光譜與實(shí)驗(yàn)室光譜的比較。上圖顯示平滑的短波紅外光譜(粗實(shí)線)疊加在原始光譜(細(xì)實(shí)線)。(Liu et al., 2022, Science Advances)

　　研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這些亮色巖石與海盜一號(hào)火星著陸器原位觀察到的破碎巖石在形貌上相似，是一層本地發(fā)育的硬殼(duricrust)。但海盜一號(hào)著陸區(qū)的硬殼層相對(duì)脆薄，可能是由大氣中的水汽長(zhǎng)期和火星表面土壤相互作用膠結(jié)形成。祝融號(hào)著陸點(diǎn)的硬殼似乎更耐侵蝕，并在周?chē)缮⒌耐寥乐行纬珊駥?圖3)，這需要大量的液態(tài)水，而單靠大氣中的水蒸氣無(wú)法形成。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)著陸區(qū)不存在明顯的地表徑流或河道留下的痕跡，而且巡視路線周?chē)⑽窗l(fā)現(xiàn)由水體蒸發(fā)形成的蓬松松脆的表面和鹽霜?dú)埩粑铮瑥亩懦吮砻娲笠?guī)模水體活動(dòng)的可能。研究團(tuán)隊(duì)提出一種形成機(jī)制是，沉積期前的土壤風(fēng)化層在富含鹽類(lèi)的地下水上升或滲透期間經(jīng)歷了膠結(jié)和巖化作用，形成了觀察到的板狀巖石。鹽類(lèi)膠結(jié)物從毛細(xì)孔隙或靠近潛水面的地下水中沉淀，發(fā)生活躍的蒸發(fā)和聚集。地下水位的間歇性波動(dòng)可能會(huì)使硬殼進(jìn)一步增厚，并形成層狀結(jié)構(gòu)。隨后覆蓋在硬殼上的表土受到侵蝕作用流失，使得抗侵蝕的硬殼層暴露了出來(lái)(圖3)。

　　圖3.祝融著陸區(qū)富含硫酸鹽的巖化硬殼形成過(guò)程示意圖。第1階段：蒸發(fā)發(fā)生在地下水位附近和毛細(xì)邊緣地帶，鹽膠結(jié)物在該區(qū)域沉淀析出。沉積期前風(fēng)化層通過(guò)膠結(jié)和巖化作用形成了一層薄薄的硬殼層。第2階段：地下水位波動(dòng)增厚硬殼層。第3階段：松散沉積物被侵蝕暴露出抗侵蝕的硬殼層。(Liu et al., 2022, Science Advances)

　　祝融號(hào)火星車(chē)的發(fā)現(xiàn)表明，火星在亞馬遜紀(jì)時(shí)期的水活動(dòng)可能比以前認(rèn)為的更加活躍。祝融號(hào)著陸區(qū)(以及火星北部平原的廣泛區(qū)域)可能含有大量以含水礦物形式存在的可利用水，可供未來(lái)載人火星探測(cè)的原位資源利用。

　　上述研究成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》上，論文的第一作者和通訊作者是中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心劉洋研究員。該研究得到中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)B類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)(XDB41000000)、民用航空航天技術(shù)預(yù)研項(xiàng)目(D020102 和D020101)、國(guó)家自然科學(xué)基金(42072337)和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心“攀登計(jì)劃”等的支持。