中新網(wǎng)5月12日電 據(jù)中國科學(xué)院官網(wǎng)12日消息，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點實驗室研究員劉洋團(tuán)隊利用我國首次火星探測任務(wù)天問一號祝融號火星車獲取的短波紅外光譜和導(dǎo)航與地形相機(jī)數(shù)據(jù)，在著陸區(qū)發(fā)現(xiàn)了巖化的板狀硬殼層，通過分析光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些類似沉積巖的板狀硬殼層富含含水硫酸鹽等礦物。研究團(tuán)隊推斷，這些富含硫酸鹽的硬殼層可能由地下水涌溢或毛細(xì)作用蒸發(fā)結(jié)晶出的鹽類礦物膠結(jié)了火星土壤后經(jīng)巖化作用形成。該研究標(biāo)志著祝融號實現(xiàn)了國際上首次利用巡視器上的短波紅外光譜儀在火星原位探測到含水礦物。
祝融號火星車著陸區(qū)位于經(jīng)歷了重塑事件的年輕亞馬遜紀(jì)地層上，已有的研究認(rèn)為火星在亞馬遜紀(jì)時期氣候寒冷干燥，液態(tài)水活動的范圍和程度十分有限。祝融號在地質(zhì)年代較為年輕的著陸區(qū)發(fā)現(xiàn)水活動的跡象表明，亞馬遜紀(jì)時期的火星水圈可能比以往認(rèn)為的更加活躍。該發(fā)現(xiàn)對理解火星的氣候環(huán)境演化歷史具有重要意義，相關(guān)研究成果于5月11日發(fā)表在Science Advances上。
中國首次火星探測任務(wù)天問一號搭載的祝融號火星車于2021年5月15日著陸于烏托邦平原南部(北緯25.066°、東經(jīng)109.925°)區(qū)域，首次在火星上留下了中國印記。截至目前，祝融號火星車已經(jīng)在火星北部低地的烏托邦平原區(qū)域行駛1年，累計行駛近2千米，獲得了大量科學(xué)探測數(shù)據(jù)。已有的撞擊坑定年工作顯示，著陸區(qū)位于經(jīng)歷了后期重塑事件的亞馬遜紀(jì)地層，是火星地質(zhì)年代幾個主要階段(前諾亞紀(jì)、諾亞紀(jì)、西方紀(jì)和亞馬遜紀(jì))的末期，氣候已從之前的暖濕變?yōu)橐院涓珊禐橹鳌＼壍肋b感數(shù)據(jù)分析顯示，著陸點周圍分布的多種地貌特征指示烏托邦平原可能曾經(jīng)存在大量揮發(fā)分，但受限于空間分辨率和覆蓋率，軌道遙感數(shù)據(jù)并沒有在著陸區(qū)附近發(fā)現(xiàn)含水礦物，這為此類地貌的形成機(jī)制和該地區(qū)水活動的性質(zhì)帶來了諸多疑問。
劉洋及其合作者通過對祝融號火星表面成分探測器(MarSCoDe)獲取的短波紅外光譜和導(dǎo)航與地形相機(jī)(NaTeCam)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了一種形貌上類似沉積巖的巖石類型——板狀的亮色巖石，其通常部分被灰塵和土壤覆蓋，顯示出剝落的表面，表明受到熱應(yīng)力和風(fēng)成作用的物理風(fēng)化。研究人員利用短波紅外光譜在亮色板狀巖石中探測到之前軌道數(shù)據(jù)在該區(qū)域沒有識別到的含水礦物，這些光譜具有~1.9μm和~2.2μm吸收特征，推測其為含水硅或含水硫酸鹽。
研究團(tuán)隊認(rèn)為，上述亮色巖石與海盜一號火星著陸器原位觀察到的破碎巖石在形貌上相似，是一層本地發(fā)育的硬殼(duricrust)。但海盜一號著陸區(qū)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(jié)形成。祝融號著陸點的硬殼可能更耐侵蝕，并在周圍松散的土壤中形成厚層，這需要大量的液態(tài)水，僅靠大氣中的水蒸氣無法形成。研究還發(fā)現(xiàn)，著陸區(qū)不存在地表徑流或河道留下的明顯痕跡，并且巡視路線周圍未發(fā)現(xiàn)由水體蒸發(fā)形成的蓬松松脆的表面和鹽霜殘留物，從而排除了表面大規(guī)模水體活動的可能。研究團(tuán)隊提出一種形成機(jī)制是，沉積期前的土壤風(fēng)化層在富含鹽類的地下水上升或滲透期間經(jīng)歷了膠結(jié)和巖化作用，形成了觀察到的板狀巖石。鹽類膠結(jié)物從毛細(xì)孔隙或靠近潛水面的地下水中沉淀，發(fā)生活躍的蒸發(fā)和聚集。地下水位的間歇性波動可能使硬殼進(jìn)一步增厚，并形成層狀結(jié)構(gòu)。隨后，覆蓋在硬殼上的表土受到侵蝕作用流失，導(dǎo)致抗侵蝕的硬殼層暴露出來。
該發(fā)現(xiàn)表明，火星在亞馬遜紀(jì)時期的水活動可能比以往認(rèn)知的更活躍。祝融號著陸區(qū)(以及火星北部平原的廣泛區(qū)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的原位資源利用。