中國網/中國發展門戶網訊 （記私密空間者王虔）在“天問一號”成功登陸火星開展探測過程中，中國科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱“地質地球所”）的科研工作者們通過創新研究方法，對火星36億年以來的水活動過程和磁場演變歷史進行研究，取得多項國際前沿成果。“火星多時間尺度環境演變”研究獲評2024年度中國科學院杰出科技成就獎基礎研究獎。

圖為火星多尺度水活動與磁場協同演化模型

雷達探測是火星淺表地層結構研究的最有效手段，但雷達信號隨深度指數衰減，信噪比極低講座，難以提取深部地層精細結構信息。研究人員把電磁波分析和地震波分析結合在一起，創新雷達數據分析方法，從強干擾數據中準確提取結構信息，在國際上首次獲得火星地下80米精細結構圖像，揭示了火星地層的垂向和橫向物性變化。“我們把原來在嫦娥3號、嫦娥4號上用的雷達技術拓展到火星的研究上，發現有一些效果”。地質地球所研究員張金海介紹，由于這是我國進行的第一次火星探測，研究人員們都沒有相關經驗和技術積累，“研究所里組織了科研團隊，我們作為技術小組就地攻關，把學生和教工組織在一起，在研究的46天里幾乎沒怎么睡覺。幾十人一起攻關，地球科學相關領域的專家觀點相互碰撞、匯總，才能夠形成可信的結果。”

最終，研究發現了10-30米、30-80米深度兩套向上變細的沉積層序，并在30-80米深度存在橫向分布的楔形條帶結構，揭示火星35-32億年和16億年以來經歷不同規模的洪水沉積過程，表現為由強到弱的長期、多期次水活動歷史，而且在32-16億年間存在長時間尺度的氣候干濕、冷熱變化。

在大眾認知中，一個星私密空間球上有水的存在，就意味著有生命存在的可能。因此在對火星的探測研究中，“水”的相關話題一直備受大眾關注。火星上現代水活動也是此次科研人員們聚焦的重點之一。“我們的研究是國際首次在火星沙丘見證上開展的水活動研究，開辟了火星水活動研究的新方向。我們首次在低緯度地區發現了液態水證據，大大提升了火星上水存在的時間和空間跨度”。地質地球所研究員陳凌表示。

對于如何開始在火星沙丘上研究水活動，地質地球所研究員秦小光介紹，起因是研究人員在火星沙丘上發現了皸裂。“沙子要形成皸裂，首先要結殼，肯定是有東西把沙子粘起來了，后來發現那是鹽。我們發現，沙丘表面除了皸裂以外訪談，還有多種跟水活動有關的痕跡”。他表示，如果是在地球上發現這些現象，很容易就能判斷出是有水活動，但出現在火星上，就必須要反復證明到底是不是水痕跡、是什么原因形成的。“我們的研究已經證明現今火星地下80米是沒有液態水的，進一步研究發現水來自于空中。只要溫度降低到了霜點，火星空氣里面的水汽就會凝結成霜或者雪，升溫時融化鹽分形成個人空間鹽水，最后干燥就會形成鹽殼和皸裂。”

陳凌介紹，此次在九宮格地質地球所杜愛民研究員帶領下，研究人員還自主研發了高精度磁場探測儀，實現了人類首次火星表面磁場巡視測量。由于火星車的干擾場比火星自身磁場強一萬倍，從巡測數據中提取磁場信號是很困難的。為了克服干擾，研究人員創新車載磁測旋轉標定方法，實現了火星極弱磁場信號的精準提取。研究發現了火星磁場的顯著變化，揭示36億年前火星全球磁場強度驟降，并持續維持著弱磁場狀態，由此提供了火星由強變弱長期水活動過程的磁場約束機制。

研究火星水活動對于地球人有什么意義？秦小光這樣說：“現在對火星的研究發現，很可能預示著它在早期和地球是很類似的。現在火小樹屋星上水很少了，對地球上的未來會不會有一些啟示？我們研究火星，也許能看到地球的未來，我們要愛護自己的地球。”

“火星多時間尺度環境演變”研究構建了火星多尺度水活動與磁場協同演化基本框架。地質地球所認為該研究“取得火星古磁場與古環境長期演變的原創性認識，拓展人類認知邊界”。陳凌介紹，在對火星的探測研究中，我國研究人員在空間環境、地震學、重力觀測等方面一直與國際同行保持交流合作。未來，將繼續在相關領域開展合作。