火星36亿年前的假想图（图片来源：Robert Citron）。中国科学院空天院 供图

火星上探测到的倾斜反射与地球海洋沉积物的对比。中国科学院空天院 供图

火星乌托邦平原地图、祝融号火星车着陆点和四条可能的古海岸线。中国科学院空天院 供图

作为未来地球最有希望开展星际移民的近地行星，火星上与水相关的话题一直广受关注，也吸引科学家们持续研究。

火星存在古海洋的证据

中国科学院空天信息创新研究院（空天院）2月28日发布消息说，该院方广有研究员领导的月球与火星探测雷达研究团队基于中国“祝融号”火星车雷达探测数据研究发现，位于火星北半球乌托邦平原南部“祝融号”着陆区的地下10米至35米深处存在多层倾斜沉积结构，这些地质特征与地球海岸沉积物高度相似，为火星中低纬度地区曾存在古代海洋提供了极为重要的科学证据。

这一重要行星科学研究，由中国科学家主导并联合美国高校合作伙伴共同完成，相关成果论文以“火星成像发现古海洋地下沉积层”为题，近日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表。

证实火星可能曾经宜居

论文共同通讯作者方广有研究员表示，这项研究不仅提供了火星北部平原曾存在古代海洋的关键地下证据，还揭示火星曾经经历过长期温暖湿润的气候期，这意味着火星可能曾长期维持适宜液态水存在的温度和气压条件，远超之前估计的短期融水事件。此外，研究发现的海岸线沉积物电介质特性与地球上由细砂和中砂颗粒的介电常数一致，这也进一步证实其海洋沉积物的性质。

此次发现的最大意义，在于将火星液态水的证据从火星人迹罕至的极地地区，扩展到更适合人类活动的中低纬度地区，证实了火星可能曾经是宜居的。如果这一区域曾存在海洋，那么随着气候变迁，大量水分可能以地下冰的形式被封存，为未来火星基地的水资源利用提供了可能，也将大大降低火星基地的建设和维护成本。

方广有指出，“祝融号”发现的这些古海洋沉积物保存有火星气候变化的历史记录，“研究这些沉积物可以帮助我们理解火星如何从温暖湿润转变为寒冷干燥，进而指导人类如何改造火星环境，实现火星的长期可持续居住”。

与地球沿海沉积物相似

方广有介绍说，中国首辆火星车“祝融号”于2021年5月中旬着陆于乌托邦平原南部，搭载有中国科学院空天院研制的火星次表层穿透雷达，用于探测地下结构和可能存在的水冰。“祝融号”行驶的路线位于前人提出可能存在的古海洋海岸线以北约280千米处，海拔比该海岸线低约500米。

通过分析“祝融号”雷达低频通道实测数据，研究团队在火星车沿途地表以下10至35米深度范围内识别出76个地下倾斜反射体。这些反射体空间分布广泛且均匀，覆盖范围超过1.3公里，所有反射体均呈现向北方低地方向倾斜的特征，倾角介于6°至20°之间、平均倾角为14.5°，且在相同位置的不同深度可观测到多个平行分布的反射体。

研究团队指出，这些层理结构与地球沿海沉积物的雷达成像结果惊人地相似，其一致性和物理特性排除了风成沙堆、熔岩管道或河流冲积等其他成因。同时，这些沉积物的大规模存在表明，风浪驱动的沿岸输送为海岸线提供了稳定的泥沙净流入，并形成海岸线前积层，该结构只有在持久稳定的大型水体环境中才能形成，而非仅仅是局部和短暂的融水现象。

人类星际移民首选目标

据了解，火星因其与地球相似的地质特征、季节性变化和昼夜节律而被科学家视为人类星际移民的首选目标。过去数十年，人类对火星的探测已取得诸多里程碑成果，但这些发现大多集中在环境极端寒冷的火星高纬度或极地区域，并且关于火星北部低地是否曾存在浩瀚海洋的争论始终存在，这使得获取火星古海洋的直接证据至关重要。

这次成功获取火星古海洋直接证据的国际研究团队，由来自中国科学院、广州大学、同济大学以及美国宾夕法尼亚州立大学、加利福尼亚大学伯克利分校等机构的科学家组成，研究工作得到中国国家航天局、中国首次火星探测任务（天问一号）团队的支持。