火星乌托邦，曾经有水？

2021 年 5 月 15 日，" 天问一号 " 火星任务携带的火星车 "祝融号" 登陆，正式开启了对这颗红色星球的地面探索。

一年多后，中国科学家团队在《自然》杂志上发表了对祝融号雷达成像的第一批分析成果。

雷达探测能够深入地下 100 米的区域，它帮助科学家构建出了一幅详细的火星地下剖面图。研究发现，虽然在雷达探测深度的范围内没有发现液态水存在的直接证据，但目前还不能排除着陆区域的地下存在盐冰的可能。

迷人的乌托邦平原

祝融号的着陆点位于乌托邦平原，这是火星北半球的一片广阔平原。这里的地质历史一直吸引着许多研究火星的专家。

乌托邦平原具有一些独特的地貌特征，比如巨大的多边形结构、凹陷的锥体，还有一些分层喷射的陨击坑，这些都暗示着，在历史上这里可能存在过大量的水或冰。有太空观测认为，沉积物表明这片地区有可能曾是一片古老的海洋，或者被巨大的洪水所淹没。

今年 5 月，研究人员分析了中国火星轨道飞行器 " 天问一号 " 拍摄的着陆点的红外图像，并发现了水合矿物，它们有可能是在地下水上升穿过岩石或冰融化时形成的。

但是，在乌托邦平原东部，埃律西昂山的火山喷发或者其他一些火山活动，可能让这片区域的地表被岩浆覆盖。这种广泛的改造事件或许会掩盖一些历史的痕迹。

因此，研究人员希望通过研究雷达数据，更清楚地了解这片地区曾经发生过什么，而水或冰是否仍然可能隐藏在岩石之下。

地表之下的秘密

祝融号上安装的探地雷达（RoPeR）具有高频（450-2150MHz）和低频（15-95MHz）两个频道。高频波可以达到地下 3 到 10 米的深度，而低频波则有能力深入地下约 100 米。

自着陆后，在 2021 年 5 月 25 日到 9 月 6 日期间，当祝融号向南行驶的过程中，雷达在约 1171 米的路径上收集到了大量探地数据。

祝融号着陆点地表图像及行径轨迹。（图／Li, C. et al., Nature, 2022）

简单来说，雷达信号会从地下的材料上反射回来，揭示出这些材料的颗粒大小和它们保持电荷的能力。更强的信号通常代表着更大的物体。研究人员利用 RoPeR 的低频数据，绘制出了深达 80 米的高分辨率地下结构特征。

低频雷达成像剖面。（图／Li, C. et al., Nature, 2022）

直到地下 80 米的范围中，雷达并没有发现液态水的证据。但科学家在这里注意到了具有独特模式的地下水平层。

根据反射特性的模式和电容率的估计，地下结构可以大致分为四层。最上面的风化层大约不超过 10 米深度。

但在 10 到 30 米深的第二层中，反射信号随着深度的增加而加强。这可能是由于较大的巨砾停留在这一层的底部，而较小的岩石位于上方。

在 30 到 80 米之间，还有一个更古老、也更厚的第三层，它呈现出了与第二层类似的反射变化模式，但反射更强一些，平均电容率的数值也更高，这说明，这一层存在更大的岩块，分布也更均匀。

论文通讯作者、中国科学院地质地球研究所研究员陈凌在接受《自然》杂志采访时介绍，第二层可能是由大约 16 亿年前的一场洪水造成的，当时或许存在大量冰川活动。而更古老的一层可能是 30 多亿年前快速洪水的结果，洪水将沉积物带到了这片地区。当时火星上也许存在大量的水活动。

火星乌托邦平原南部历史改造的概念模型。（图／Li, C. et al., Nature, 2022）

雷达数据和热模拟都表明，祝融号着陆区的浅层地下不可能稳定地存在液态水，也不可能包含硫酸盐或碳酸盐卤水。如果液态水或卤水存在的话，它们可能被埋在更深的地方，基本超出了 RoPeR 的探地深度，因此目前尚不能排除这种可能性。

迈出第一步

这项研究仅仅是祝融号带来的第一批成果。随着 " 火星旅程 " 继续，数据还将不断累积。

对探测而言，不同工具也有各有所长。比如，雷达数据能够展示地下物质的分层和几何形状，却没那么擅长确定地下物质的成分。研究人员需要依赖各种线索，才能建立起一幅历史事件的完整图景。

接下来，配合高频雷达的测量结果以及天问一号的轨道观测，中国火星任务一定还会带来更多令人兴奋的结果。