近日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (武漢) 地球科學(xué)學(xué)院肖龍教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)綜合分析“祝融號(hào)”火星車搭載的多光譜相機(jī) (MSCam) 獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)，首次在火星表面發(fā)現(xiàn)海洋沉積巖的巖石學(xué)證據(jù)，證明了火星北部曾經(jīng)存在過(guò)海洋。相關(guān)研究成果以《烏托邦平原海洋沉積巖的證據(jù)：祝融號(hào)火星車的觀測(cè)》為題發(fā)表在綜合性權(quán)威期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。
目前的火星寒冷干燥，缺乏流水與生命痕跡，但數(shù)十億年前的火星環(huán)境或許大不相同。過(guò)去的研究已證明，早期火星曾存在大量液態(tài)水，并通過(guò)地貌分析和數(shù)值模擬提出過(guò)古海洋假說(shuō)，認(rèn)為古海洋區(qū)域形成了個(gè)特殊的海洋沉積地質(zhì)單元，被稱為北方荒原組（VBF），但是缺少原位探測(cè)數(shù)據(jù)的支持。因此，火星北部平原是否存在過(guò)海洋一直是爭(zhēng)議的焦點(diǎn)。
2021年，我國(guó)天問(wèn)一號(hào)火星任務(wù)搭載的“祝融號(hào)”火星車成功著陸于火星北部平原東部的烏托邦平原南部邊緣，位于前人所提出的古海岸線附近的北方荒原組,為查證是否存在古海洋沉積提供了機(jī)會(huì)。
自著陸以來(lái)，“祝融號(hào)”一直在向南駛向潛在的海岸線區(qū)域，并對(duì)沿途出露的北方荒原組地層展開(kāi)觀測(cè)?！白Ｈ谔?hào)”行駛了約1921米（圖1），使用不同的成像和分析系統(tǒng)對(duì)露頭和地表巖石進(jìn)行詳細(xì)的就位觀測(cè)，其中導(dǎo)航和地形相機(jī)（MSCam）已經(jīng)獲得了106組全景圖像，詳細(xì)記錄了“祝融號(hào)”行進(jìn)路線附近許多巖石的表面形態(tài)與構(gòu)造特征。
圖1 “祝融號(hào)”行駛路線圖和巡視區(qū)地形
“我們查看火星車車載相機(jī)傳回的照片，發(fā)現(xiàn)這些裸露的巖石發(fā)育層理構(gòu)造，顯著不同于火星表面常見(jiàn)的火山巖，也不同于風(fēng)沙沉積形成的層理構(gòu)造，這些層理知識(shí)指示的雙向水流特點(diǎn)，與地球?yàn)I—淺海環(huán)境中的低能潮汐流一致”，肖龍介紹。
基于MSCam獲取的巖石影像，肖龍教授研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)分析了“祝融號(hào)”火星車巡視區(qū)內(nèi)石塊的表面構(gòu)造。由于所觀測(cè)的巖石都位于祝融巡視區(qū)內(nèi)，研究團(tuán)隊(duì)將其代表的地質(zhì)單元命名為：祝融段。研究團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)段內(nèi)的巖石通常保留有局部呈透鏡狀的交錯(cuò)層理組構(gòu)，以多種小型交錯(cuò)層理為主，伴隨少量透鏡狀壓扁層理和小型水道結(jié)構(gòu)的沉積構(gòu)造 (圖2)。其中，組成交錯(cuò)層理的層系在兩個(gè)相反的方向疊覆傾斜，指示雙向古水流環(huán)境。此外，由于層系的厚度和粒度在不同方向上具有較大的差異，表明古水流在兩個(gè)方向上存在強(qiáng)度差異。這種雙向水流模式通常由具有周期性流向變化的流體作用所形成，在風(fēng)成環(huán)境及河流環(huán)境中并不常見(jiàn)，但在地球的濱—淺海環(huán)境中很常見(jiàn)。相比于地球而言，火星只有兩顆小衛(wèi)星，使得其表面具有低能量的潮汐系統(tǒng)，在這種潮汐環(huán)境中只能形成小規(guī)模的層理構(gòu)造。此外，研究中識(shí)別的底形和沉積構(gòu)造具有支持其為流水沉積而不是風(fēng)成沉積的證據(jù)。
圖2 “祝融號(hào)”觀測(cè)的巖石和沉積層理素描圖，巖石編號(hào)Sol50-08
本研究中對(duì)祝融段巖石的觀測(cè)結(jié)果是迄今為止首個(gè)支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探測(cè)證據(jù)?！白Ｈ谔?hào)”著陸點(diǎn)的位置表明，觀察到的沉積構(gòu)造可能形成于北部平原古海洋的海退過(guò)程中 (圖3)。
圖3 西方紀(jì)亞尼羅海洋演化模式圖
該研究在北方荒原組中發(fā)現(xiàn)的這些沉積構(gòu)造為重塑火星的歷史提供了新的啟示?！拔磥?lái)‘祝融號(hào)’對(duì)該區(qū)域的深入探測(cè)和采樣返回，將加深我們對(duì)火星宜居性和生命痕跡保存的認(rèn)識(shí)”，肖龍說(shuō)。
本研究工作的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)來(lái)自國(guó)內(nèi)外高校的13位合著者，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）肖龍教授和黃俊教授為論文的共同第一作者，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）肖龍教授和蒂姆·科斯基教授為論文的共同通訊作者。本研究得到了中國(guó)國(guó)家航天局（CNSA）月球探測(cè)與航天工程中心領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)首次火星探測(cè)計(jì)劃的支持，科學(xué)數(shù)據(jù)由中國(guó)月球與深空探測(cè)工程地面應(yīng)用系統(tǒng)制作，由中國(guó)國(guó)家航天局提供。該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、民用航空航天技術(shù)預(yù)研項(xiàng)目、科技部專項(xiàng)基金和國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)巖石圈項(xiàng)目等的聯(lián)合支持。
