中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 （記者王虔）在“天問一號”成功登陸火星開展探測過程中，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡稱“地質(zhì)地球所”）的科研工作者們通過創(chuàng)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(jìn)行研究，取得多項(xiàng)國際前沿成果?！盎鹦嵌鄷r間尺度環(huán)境演變”研究獲評2024年度中國科學(xué)院杰出科技成就獎基礎(chǔ)研究獎。

圖為火星多尺度水活動與磁場協(xié)同演化模型

雷達(dá)探測是火星淺表地層結(jié)構(gòu)研究的最有效手段，但雷達(dá)信號隨深度指數(shù)衰減，信噪比極低，難以提取深部地層精細(xì)結(jié)構(gòu)信息。研究人員把電磁波分析和地震波分析結(jié)合在一起，創(chuàng)新雷達(dá)數(shù)據(jù)分析方法，從強(qiáng)干擾數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取結(jié)構(gòu)信息，在國際上首次獲得火星地下80米精細(xì)結(jié)構(gòu)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(dá)技術(shù)拓展到火星的研究上，發(fā)現(xiàn)有一些效果”。地質(zhì)地球所研究員張金海介紹，由于這是我國進(jìn)行的第一次火星探測，研究人員們都沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，“研究所里組織了科研團(tuán)隊(duì)，我們作為技術(shù)小組就地攻關(guān)，把學(xué)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(guān)，地球科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的專家觀點(diǎn)相互碰撞、匯總，才能夠形成可信的結(jié)果?！?/p>

最終，研究發(fā)現(xiàn)了10-30米、30-80米深度兩套向上變細(xì)的沉積層序，并在30-80米深度存在橫向分布的楔形條帶結(jié)構(gòu)，揭示火星35-32億年和16億年以來經(jīng)歷不同規(guī)模的洪水沉積過程，表現(xiàn)為由強(qiáng)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(rèn)知中，一個星球上有水的存在，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(guān)話題一直備受大眾關(guān)注?；鹦巧犀F(xiàn)代水活動也是此次科研人員們聚焦的重點(diǎn)之一?！拔覀兊难芯渴菄H首次在火星沙丘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(qū)發(fā)現(xiàn)了液態(tài)水證據(jù)，大大提升了火星上水存在的時間和空間跨度”。地質(zhì)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(zhì)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(fā)現(xiàn)了皸裂?！吧匙右纬砂椓?，首先要結(jié)殼，肯定是有東西把沙子粘起來了，后來發(fā)現(xiàn)那是鹽。我們發(fā)現(xiàn)，沙丘表面除了皸裂以外，還有多種跟水活動有關(guān)的痕跡”。他表示，如果是在地球上發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象，很容易就能判斷出是有水活動，但出現(xiàn)在火星上，就必須要反復(fù)證明到底是不是水痕跡、是什么原因形成的?！拔覀兊难芯恳呀?jīng)證明現(xiàn)今火星地下80米是沒有液態(tài)水的，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)水來自于空中。只要溫度降低到了霜點(diǎn)，火星空氣里面的水汽就會凝結(jié)成霜或者雪，升溫時融化鹽分形成鹽水，最后干燥就會形成鹽殼和皸裂?！?/p>

陳凌介紹，此次在地質(zhì)地球所杜愛民研究員帶領(lǐng)下，研究人員還自主研發(fā)了高精度磁場探測儀，實(shí)現(xiàn)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(qiáng)一萬倍，從巡測數(shù)據(jù)中提取磁場信號是很困難的。為了克服干擾，研究人員創(chuàng)新車載磁測旋轉(zhuǎn)標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)了火星極弱磁場信號的精準(zhǔn)提取。研究發(fā)現(xiàn)了火星磁場的顯著變化，揭示36億年前火星全球磁場強(qiáng)度驟降，并持續(xù)維持著弱磁場狀態(tài)，由此提供了火星由強(qiáng)變?nèi)蹰L期水活動過程的磁場約束機(jī)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(xiàn)在對火星的研究發(fā)現(xiàn)，很可能預(yù)示著它在早期和地球是很類似的?，F(xiàn)在火星上水很少了，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(hù)自己的地球?！?/p>

“火星多時間尺度環(huán)境演變”研究構(gòu)建了火星多尺度水活動與磁場協(xié)同演化基本框架。地質(zhì)地球所認(rèn)為該研究“取得火星古磁場與古環(huán)境長期演變的原創(chuàng)性認(rèn)識，拓展人類認(rèn)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(huán)境、地震學(xué)、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(xù)在相關(guān)領(lǐng)域開展合作。