文 ｜ 《中國科學報》記者 倪思潔

5月12日，《科學進展》（Science Advances）發(fā)表了“祝融號”新成果。

利用天問一號首次火星任務“祝融號”火星車相關數據，中國科學院國家空間科學中心研究團隊在地質年代較為年輕的著陸區(qū)，發(fā)現了一種巖化的板狀硬殼層，富含含水硫酸鹽等礦物，其形成過程可能與地下水波動有關。

這一發(fā)現表明，火星在亞馬遜紀時期的水活動可能比以前認為的更加活躍，“祝融號”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，可供未來載人火星探測的原位資源利用。

祝融號行駛軌跡  圖片來源：中國科學院國家空間科學中心

特殊的亮色巖石

2021年5月15 日，“祝融號”火星車成功著陸于烏托邦平原南部區(qū)域，截至目前，已在火星北部低地的烏托邦平原區(qū)域行駛1年，行程達2千米，獲得了大量寶貴的科學探測數據。

其中，“祝融號”搭載的短波紅外光譜顯微成像儀，可以分析礦物和火星表面巖石成分，而作為火星車“眼睛”的導航地形相機，則能通過拍攝廣角圖片并與太空中飛行的環(huán)繞器所拍攝的地面圖片相結合，來校準確定火星表面的真實情況，指導火星車的前進路線，確定探測目標。

從這兩個儀器產生數據中，中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室研究員劉洋和合作者，發(fā)現了一種獨特的板狀亮色巖石。

因為受熱和被風化，這些亮色的板狀巖石，通常部分被灰塵和土壤覆蓋，其余部分顯示出剝落的表面。

巖化的硬殼層  圖片來源：中國科學院國家空間科學中心

里面有含水物質

帶著好奇，劉洋等人分析了這些亮色巖石的短波紅外光譜。他們意外地發(fā)現，這竟是之前軌道數據在該區(qū)域沒有識別出的含水礦物。

此前，軌道遙感數據分析顯示，“祝融號”著陸點周圍分布的多種地貌特征指示烏托邦平原曾經可能存在大量的揮發(fā)分。但受限于空間分辨率和覆蓋率，軌道遙感數據并沒有在著陸區(qū)附近發(fā)現含水礦物，這讓此類地貌的形成機制和該地區(qū)水活動的性質成了謎。

新的發(fā)現，讓劉洋等人無比興奮。他們根據巖石對光譜的吸收特征推測，那種特殊的亮色巖石里含有水硅或含水硫酸鹽。

“這是國際上第一次利用巡視器上的短波紅外光譜儀在火星原位探測到含水礦物?！眲⒀蟾嬖V《中國科學報》。

可是，在興奮的同時，又一個問號又出現在劉洋等人的腦海中——這種獨特的亮白巖石是怎么出現的？

與地下水波動有關

看著這些特別的板塊巖石，研究團隊聯(lián)想到了美國火星著陸器“海盜一號”在著陸區(qū)域觀察到的破碎巖石形貌。

但是，“海盜一號”著陸區(qū)的硬殼層相對脆薄，可能是由大氣中的水汽長期和火星表面土壤相互作用膠結形成。而“祝融號”著陸點的硬殼似乎更耐侵蝕，并在周圍松散的土壤中形成厚層。

“這需要大量的液態(tài)水，單靠大氣中的水蒸氣無法形成?！眲⒀笳f。

與此同時，研究團隊還發(fā)現了一個細節(jié)：著陸區(qū)不存在明顯的地表徑流或河道留下的痕跡，而且巡視路線周圍并未發(fā)現由水體蒸發(fā)形成的蓬松松脆的表面和鹽霜殘留物。由此，他們排除了表面大規(guī)模水體活動的可能。

于是，可能性只剩下一個：地下水。

在各種信息資料的基礎上，研究團隊提出了亮色巖石的形成機制：沉積期前的土壤風化層，在富含鹽類的地下水上升或滲透期間，經歷了膠結和巖化作用，形成了觀察到的板狀巖石。

“鹽類膠結物從毛細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可能會使硬殼進一步增厚，并形成層狀結構。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?！眲⒀笳f。

祝融著陸區(qū)富含硫酸鹽的巖化硬殼形成過程示意圖  圖片來源：中國科學院國家空間科學中心

火星水活動期比想象的要長

火星的地質年代分為前諾亞紀、諾亞紀、西方紀和亞馬遜紀四個階段，其中，亞馬遜紀時期從30億年前至今。

“祝融號”的著陸區(qū)位于年輕且寒冷干旱的亞馬遜紀地層，也正是由于寒冷干燥，人們認為在這一時期，液態(tài)水活動的范圍和程度極其有限。

但此次發(fā)現卻表明，火星在亞馬遜紀時期的水活動可能比以往認為的更加活躍，挑戰(zhàn)了人們對火星的氣候環(huán)境演化歷史的傳統(tǒng)認知。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/sciadv.abn8555