自2021年5月，由中國航天科技集團有限公司研制的“祝融號”火星車踏上火星表面后，科研人員基于“祝融號”火星車工作期間所獲數據的研究持續深入，成果陸續發布。近日，中國科學院空天信息創新研究院又有一項新的研究成果在國際知名學術期刊發表。

該院月球與火星探測雷達研究團隊發現，位于火星北半球烏托邦平原南部祝融號著陸區的地下10至35米深處存在多層傾斜沉積結構。這些地質特征與地球海岸沉積物高度相似，為火星中低緯度地區曾存在古代海洋提供了迄今最直接的地下證據。

火星因其與地球相似的地質特征、季節性變化和晝夜節律而被科學家視為人類星際移民的首選目標。過去數十年，人類對火星的探測已取得諸多里程碑成果，但這些發現大多集中在環境極端寒冷的火星高緯度或極地區域，并且關于火星北部低地是否曾存在浩瀚海洋的爭論始終存在，這使得獲取火星古海洋的直接證據至關重要。

“祝融號”火星車搭載有中國科學院空天信息創新研究院研制的火星次表層穿透雷達，用于探測地下結構和可能存在的水冰。祝融號行駛的路線位于前人提出可能存在的古海洋海岸線以北約280千米處，海拔比該海岸線低約500米。

烏托邦平原地圖、祝融號火星車著陸點和四條可能的古海岸線

研究團隊通過分析祝融號雷達低頻通道實測數據，在火星車沿途地表以下10至35米深度范圍內識別出76個地下傾斜反射體。這些發射體空間分布廣泛且均勻，覆蓋范圍超過1.3千米，所有反射體均呈現向北方低地方向傾斜的特征，傾角介于6°至20°之間、平均傾角為14.5°，且在相同位置的不同深度可觀測到多個平行分布的反射體。

這些層理結構與地球沿海沉積物的雷達成像結果十分相似，其一致性和物理特性排除了風成沙堆、熔巖管道或河流沖積等其他成因。這些沉積物的大規模存在表明，風浪驅動的沿岸輸送為海岸線提供了穩定的泥沙凈流入，并形成了海岸線前積層，這種結構只有在持久穩定的大型水體環境中才能形成，而非僅僅是局部和短暫的融水現象。

火星上探測到的傾斜反射與地球海洋沉積物的對比
(A) 澳大利亞Shark Bay濱海沉積物的探地雷達圖像
(B) 祝融號火星次表層穿透雷達低頻通道雷達剖面圖

這項研究不僅提供了火星北部平原曾存在古代海洋的關鍵地下證據，還揭示了火星曾經經歷過長期溫暖濕潤的氣候期，這意味著火星曾長期維持適宜液態水存在的溫度和氣壓條件。此外，研究發現的海岸線沉積物電介質特性與地球上由細砂和中砂顆粒的介電常數一致，這也進一步證實了其海洋沉積物的性質。

祝融號著陸點傾斜沉積結構形成過程的示意圖
(A) 潮汐沉積作用下形成的分層結構
(B) 隨著古代海岸線后退，液態水消失，沉積作用停止。隨后長期物理和化學風化改變了巖石和礦物的性質，導致火星表面層的形成。因此，沉積物被當前的火星表面土壤覆蓋

此次發現的最大意義，在于將火星液態水的證據從火星人跡罕至的極地地區，擴展到了更適合人類活動的中低緯度地區，證實了火星曾經是宜居的。如果這一區域曾存在海洋，那么隨著氣候變遷，大量水分可能以地下冰的形式被封存，為未來火星基地的水資源利用提供了可能，也將大大降低火星基地的建設和維護成本。

此外，這些古海洋沉積物保存了火星氣候變化的歷史記錄，研究這些沉積物可以幫助我們理解火星如何從溫暖濕潤轉變為寒冷干燥，進而指導人類如何改造火星環境，實現火星的長期可持續居住。