祝融號發現火星有近期水活動的跡象

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劉洋研究員團隊，利用火星探測任務天問一號祝融號火星車，獲取的短波紅外線光譜和導航與地形相機數據，在登陸地區發現岩化的板狀硬殼層，通過分析光譜數據發現，這些類似沉積岩的板狀硬殼層含有豐富水硫酸鹽等礦物。

研究團隊推斷，這些富含硫酸鹽的硬殼層可能是由地下水湧溢，或者毛細作用蒸發結晶出的鹽類礦物，膠結火星土壤後經岩化作用形成，這標誌著祝融號實現國際上首次利用火星車上的短波紅外線光譜儀，在火星地面探測到含水礦物。

祝融號火星車登陸區位於經歷重塑事件的年輕亞馬遜紀（Amazonian 29億年前至今）地層上，已有研究認為火星在亞馬遜紀時期氣候寒冷乾燥，液態水活動的範圍和程度極其有限。祝融號在地質年代較為年輕的登陸區發現水活動的跡象顯示，亞馬遜紀時期的火星水循環圈可能比以往認為的更活躍。這個發現對理解火星的氣候環境演化歷史具有重要意義。

中國首次火星探測任務天問一號搭載的祝融號火星車於2021年5月15日成功著陸於烏托邦平原南部（北緯25.066°、東經109.925°）區域。截至目前為止，祝融號火星車已經在火星北部低地的烏托邦平原區域行駛一年，累計行駛近兩公里，獲得大量寶貴的科學探測數據。包括鑑定隕石坑年齡工作，顯示登陸地區位於經過後期重塑事件的亞馬遜紀地層，是火星地質年代幾個主要階段（前諾亞紀、諾亞紀、赫斯珀利亞紀和亞馬遜紀）的末期，氣候已經從以前的暖濕變為以寒冷乾旱為主。軌道遙感數據分析顯示，登陸點周圍分佈的多種地貌特徵，指示烏托邦平原曾經可能存在大量的揮發物，但受限於太空的分辨率和覆蓋率，軌道遙感數據並沒有在登陸區附近發現含水礦物，這為此類地貌的形成機制和該地區水活動的性質帶來諸多疑問。

劉洋研究員和合作者通過對祝融號火星表面成分探測器獲取的短波紅外光譜儀和導航與地形相機數據進行分析，發現一種形貌上類似沉積岩的岩石類型，板狀的亮色岩石。這些板狀岩石通常部分被灰塵和土壤覆蓋，露示出剝落的表面，顯示受到熱應力和風成作用的物理風化。研究人員利用短波紅外線光譜儀在這些亮色板狀岩石中探測到之前軌道數據在該區域沒有識別到的含水礦物，這些光譜具有~1.9μm和~2.2μm吸收特徵，推測為含水矽或含水硫酸鹽。

研究團隊認為，這些亮色岩石與維京一號（Viking 1）火星登陸器觀察到破碎岩石在形貌上相似，是一層本地發育的硬殼（duricrust）。但維京一號登陸區的硬殼層相對脆薄，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。祝融號登陸點的硬殼似乎更耐侵蝕，並在周圍鬆散的土壤中形成厚層，這需要大量的液態水，而單靠大氣中的水蒸氣無法形成。

研究同時發現登陸區不存在明顯的地表徑流或河道留下的痕跡，而且巡視路線周圍並未發現由水體蒸發形成的蓬鬆鬆脆的表面和鹽霜殘留物，從而排除表面大規模水體活動的可能。研究團隊提出一種形成機制是，沉積期前的土壤風化層在含有豐富鹽類的地下水上升或滲透期間經歷膠結和岩化作用，形成觀察到的板狀岩石。

鹽類膠結物從毛細孔隙或靠近潛水面的地下水中沉澱，發生活躍的蒸發和聚集。地下水位的間歇性波動可能會使硬殼進一步增厚，並形成層狀結構。隨後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出來（上圖）。

祝融號火星車的發現，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（以及火星北部平原的廣泛區域）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現場的資源利用。

【圖：中國科學院國家空間科學中心；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文將會刊登在2022年5月11日出版的《科學進展》期刊；標題是：Zhurong reveals recent aqueous activities in Utopia Planitia, Mars