下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
火星是地球的近邻，自古以来就备受人们的关注。进入太空时代后，火星成了深空探测的热门对象，世界各国已经开展了近50次火星探测任务。其中，我国于2020年7月23日发射了首个自主火星探测器——“天问一号”。“天问一号”探测器由轨道器、着陆器和巡视器三部分组成，其中着陆器于2021年5月15日成功在火星乌托邦平原南部着陆，其搭载的巡视器“祝融号”火星车随后顺利驶下着陆器，开启了在火星表面的征程，标志着我国一次性实现了“绕”（火星环绕探测）、“着”（火星着陆）、“巡”（火星巡视探测）三大任务。如今，“祝融号”火星车已经在火星表面度过了3年多的时间，它都有哪些强大的本领，又有哪些新的发现呢？
“祝融号”这一命名来源于中国传统文化中的火神祝融，其寓意为“点燃中国星际探测的火种，指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和自我超越”。“祝融号”火星车搭载了诸多功能强大的科学探测设备（图1-5），包括导航地形相机、多光谱相机、表面成分探测仪、表面磁场探测仪、气象测量仪及次表层探测雷达，它们将获取火星表面的影像、地形、磁场和光谱数据，探测地下物质的特性，记录每日的气象信息，以完成对火星巡视区形貌和地质构造探测、土壤结构探测和水冰探查、表面元素特征和岩石矿物类型探测、大气物理特征与表面环境探测四方面的科学任务。
·图1-5 “祝融号”火星车搭载的设备
“祝融号”在踏上火星表面之后，开始一路向南行驶，并对沿途的地质地貌特征进行探测，截至2022年，“祝融号”行驶总里程约为1 921 m（图1-6）。在它的行驶路线上，最引人注目的就是广泛分布的风沙地貌。“祝融号”详细探测了沿途的沙丘，获取了它们的地形地貌数据，发现它们主要是一种独特的“横向风成脊”，这类沙丘一般规模较小，具有较为对称的横截面，且沙丘的脊线与风向垂直。对这些沙丘所指示风向的统计分析表明，着陆区曾经经历了风场的显著变化，这揭示了火星地质历史晚期发生的气候转变。同时，通过对沙丘细节特征的观察发现，部分沙丘的表面存在一些小型多边形裂隙（图1-7），这些多边形裂隙的宽度一般在10 cm以下，外观上类似地球干旱区土地表面常见的泥裂。“祝融号”获取的光谱数据表明，这些多边形裂隙的表面存在石膏等含水硫酸盐矿物。
结合这些多边形裂隙的形态和成分分析结果，研究人员们认为它们的特征与水的活动有关，并提出了两种最为可能的成因：一是地下水通过毛细作用被输送至横向风成脊表面，在水分蒸发过程中表面收缩形成多边形裂隙；二是地表与大气中的水汽交换导致横向风成脊表面形成硬化的砂质壳层，壳层破裂后形成多边形裂隙。在当前的火星环境条件下，第二种成因机制最为可能。同时，由于这些横向风成脊是火星表面较为年轻的地貌，它们可能揭示了火星近期水活动及火星表面与大气水的交换过程，从而为研究火星在当前寒冷干旱气候条件下的水循环提供了线索。
·图1-6 “祝融号”火星车行驶路线图。图中亮色的线状地貌即为沙丘
·图1-7 “祝融号”探测的着陆区沙丘的形貌特征及其表面的多边形裂隙
除了沙丘，“祝融号”还发现了一些露出地表的板状硬壳，光谱数据表明这些硬壳含有硫酸盐和水合二氧化硅等与水活动相关的矿物。这些富含硫酸盐的硬壳层可能由地下水涌溢或毛细作用蒸发结晶出的盐类矿物和火星土壤相互作用并固结形成，这一发现表明火星晚期的水活动可能比以往认为的更加活跃。
“祝融号”也对其沿途的石块进行了重点探测，这些石块中可能蕴藏着火星古海洋的证据。火星北部平原是否存在过海洋，一直是备受关注的话题。早期的研究通过地貌分析和数值模拟提出了古海洋假说，这一假说认为在火星北部平原存在特殊的海洋沉积地质单元，这种地质单元被称为北方荒原组沉积，但这一假说缺少原位探测数据的支持。“祝融号”火星车的着陆点乌托邦平原南部边缘恰好位于前人所提出的古海岸线附近，这就为查证是否存在古海洋沉积提供了机会。通过对“祝融号”探测的23块岩石进行细致的表面形态和构造分析，发现这些岩石中存在指示双向水流特点的层理构造（图1-8），这种构造与地球上滨-浅海环境中潮汐流的特征一致，因而为火星北部平原古海洋的存在提供了直接性的原位探测证据。
·图1-8 “祝融号”观测的岩石及其层理构造图
“祝融号”的科学目标之一是开展土壤结构探测和水冰探查，这就要依赖于它所携带的次表层探测雷达。目前已经发现火星的两极及中高纬度地下有水冰存在，那么“祝融号”着陆点所在的低纬度地区，是否存在液态水或地下水冰呢？研究者们在分析了次表层探测雷达探测的数据之后，发现在表面以下10～30 m和30～80 m深度都存在粒度向上逐渐变细的沉积层序，它们可能反映了着陆区曾经经历的古洪水事件。此外，通过对火星土壤精细结构的剖析也发现着陆区的土壤物质和结构非常复杂，存在类似于埋藏的撞击坑的结构特征。但是，目前还没有发现液态水或水冰存在的证据。
对“祝融号”探测数据的分析依然在持续进行，未来会继续为我们带来新的发现，这些探测结果为寻找火星生命和地外宜居环境提供了线索。目前，我国“天问三号”火星采样任务也已经提上日程，并将在2030年左右带回火星样品。相信火星样品返回后，我们将对火星地质和环境特征有更为深入的认识。
中国地质大学（武汉）地质探测与评估教育部重点实验室副研究员，主要从事行星地质与比较行星学研究，研究内容涉及月球与火星地貌学、矿物学、年代学，参与了我国嫦娥工程、天问一号任务等月球和火星探测数据的分析及着陆点的地质研究工作。
中国地质大学（武汉）教授，长期从事行星地质和比较行星学研究，深度参与了嫦娥探月工程和天问火星探测等深空探测任务，在月球和火星地质与环境演化、比较行星学等领域有深入研究。