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(duì)，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(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(diǎn)。

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(huì)。

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?！白Ｈ谔枴毙旭偭思s1921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(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?！?

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”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(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，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(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”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(gè)支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探測證據(jù)?！白Ｈ谔枴敝扅c(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(shí)”，肖龍說。

本研究工作的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(jì)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(xiàng)目、科技部專項(xiàng)基金和國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)巖石圈項(xiàng)目等的聯(lián)合支持。

（總臺(tái)記者 馮成 孫麗鵬）