近日，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球科學(xué)學(xué)院肖龍教授領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊，通過綜合分析“祝融號”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)：祝融號火星車的觀測》為題發(fā)表在綜合性權(quán)威期刊《國家科學(xué)論評》。

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。過去的研究已證明，早期火星曾存在大量液態(tài)水，并通過地貌分析和數(shù)值模擬提出過古海洋假說，認(rèn)為古海洋區(qū)域形成了個特殊的海洋沉積地質(zhì)單元，被稱為北方荒原組（VBF），但是缺少原位探測數(shù)據(jù)的支持。因此，火星北部平原是否存在過海洋一直是爭議的焦點。

(相關(guān)資料圖)

2021年，我國天問一號火星任務(wù)搭載的“祝融號”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。

自著陸以來，“祝融號”一直在向南駛向潛在的海岸線區(qū)域，并對沿途出露的北方荒原組地層展開觀測。“祝融號”行駛了約1921米（圖1），使用不同的成像和分析系統(tǒng)對露頭和地表巖石進(jìn)行詳細(xì)的就位觀測，其中導(dǎo)航和地形相機(jī)已經(jīng)獲得了106組全景圖像，詳細(xì)記錄了“祝融號”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”行駛路線圖和巡視區(qū)地形

肖龍介紹，“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，這些層理知識指示的雙向水流特點，與地球濱—淺海環(huán)境中的低能潮汐流一致。”

基于MSCam獲取的巖石影像，肖龍教授研究團(tuán)隊詳細(xì)分析了“祝融號”火星車巡視區(qū)內(nèi)石塊的表面構(gòu)造。由于所觀測的巖石都位于祝融巡視區(qū)內(nèi)，研究團(tuán)隊將其代表的地質(zhì)單元命名為：祝融段。研究團(tuán)隊在研究中發(fā)現(xiàn)段內(nèi)的巖石通常保留有局部呈透鏡狀的交錯層理組構(gòu)，以多種小型交錯層理為主，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，組成交錯層理的層系在兩個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，表明古水流在兩個方向上存在強度差異。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，但在地球的濱—淺海環(huán)境中很常見。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”觀測的巖石和沉積層理素描圖，巖石編號Sol50-08

本研究中對祝融段巖石的觀測結(jié)果是迄今為止首個支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探測證據(jù)。“祝融號”著陸點的位置表明，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。“未來‘祝融號’對該區(qū)域的深入探測和采樣返回，將加深我們對火星宜居性和生命痕跡保存的認(rèn)識”，肖龍說。

本研究工作的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊來自國內(nèi)外高校的13位合著者，中國地質(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。本研究得到了中國國家航天局（CNSA）月球探測與航天工程中心領(lǐng)導(dǎo)的中國首次火星探測計劃的支持，科學(xué)數(shù)據(jù)由中國月球與深空探測工程地面應(yīng)用系統(tǒng)制作，由中國國家航天局提供。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金、民用航空航天技術(shù)預(yù)研項目、科技部專項基金和國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會巖石圈項目等的聯(lián)合支持。