科学探索|“祝融号”巡视雷达揭秘火星乌托邦平原浅表结构 “祝融号”巡视雷达揭秘火星

2021年5月，我国首次火星探测任务天问一号携带的“祝融号”火星车在乌托邦平原南部预选着陆区着陆，开启巡视探测工作。乌托邦平原是火星最大的撞击盆地，曾经可能是一个古海洋，预示着火星早期可能存在过宜居环境。
这里的地质如何演化？现今具有怎样的地下结构？新京报采访人员今天（9月26日）从中国科学院地质与地球物理研究所火星研究团队获悉，科研人员研究发现，着陆区火星表面数米厚的风化层下存在两套向上变细的沉积层序，提供了火星可能长期存在水活动的观测证据。当前，该区域火星表面以下0-80米未发现液态水存在的证据，但不排除存在盐冰的可能。相关研究结果于北京时间9月26日晚在国际学术期刊《自然》杂志发表。

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中科院地质与地球物理研究所研究员陈凌正在介绍此次研究的有关成果。任晖摄
火星乌托邦平原首次实施雷达探测，深度达80米
火星地势南高北低，乌托邦平原位于火星北部，是火星最大的撞击盆地，此前研究显示，这里曾经可能是一个古海洋，气候温暖湿润，现今非常寒冷干燥。中科院国家空间科学中心研究员刘洋说，着陆区有很多地貌特征，比如壁垒撞击坑、凹锥、不同尺度的多边形等，这些都显示过去这里是有水的。“和月球上的撞击坑不一样，如果火星上的撞击坑周围有薄饼状的特征，就表明在撞击时，这里曾经有冰或者水。”
这些水是如何消失的呢？详细的火星地下结构和物性信息是研究火星地质及其宜居环境演化的关键依据，是火星探测的重要内容。“祝融号”火星车携带了六大科学载荷，其中，次表层探测雷达能够对巡视区地下浅层结构进行精细成像，深化人们对乌托邦平原演化、地下水或冰分布等关键科学问题的认识。
据中科院地质与地球物理研究所研究员陈凌介绍，“祝融号”火星车搭载的次表层探测雷达实施了世界上首次在火星乌托邦平原的巡视器雷达探测。到目前为止，人类在地外天体上共开展了四次巡视雷达探测。其中，我国嫦娥三号和嫦娥四号分别实现了对月球正面和背面浅表结构的精细探测。美国“毅力号”和我国“祝融号”火星车于2021年先后开启了火星巡视雷达探测。“毅力号”的探测区域为杰泽罗撞击坑边缘，其实际最大探测深度为15米。“祝融号”火星车探测区域为乌托邦平原南部，雷达频带较宽，其实际最大探测深度达80米。
解译雷达数据，获得火星可能长期存在水活动的观测证据
由国家航天局探月与航天工程中心发布的“天问一号”科学探测数据，为开展火星研究提供了坚实的数据保障。去年9月至11月，科研人员获得了四批火星车雷达数据。陈凌说，其中低频雷达通道的数据探测深度达100米左右，分辨率是米级。高频雷达探测深度约为10米，分辨率是厘米级。
此次，科研人员对前113个火星日、探测长度达1171米的“祝融号”火星车低频雷达数据展开了分析。“然而原始低频雷达数据总共有2945道，肉眼可见的信号都是噪声，需要仔细分析。”陈凌说，为了从数据中提取信息并分析，去年科研人员用了一个多月的时间商讨解决思路，最终确定了雷达数据的解译步骤，包括去背景、去噪、偏移、数值模拟验证等，共有13步之多。

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2021年10月-11月，研究团队成员每天交流数据分析进展、提出问题，并商讨解决思路。受访者供图