周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏

周三 · 视频天象|周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|周六 · 茶余星话|周日 · 太空探索

翻译：申振宇

校对：刘海牧 尹天任

审阅：牧夫校对组

美编：李鸣晨

原文链接：https://www.sciencealert.com/chinas-mars-lander-detects-subsurface-geometrical-shapes-in-scientific-first

牧夫天文

2024年爱牧夫星达精品天文年历(48页全彩色天文科普书)震撼上市啦！

详情请看今日推文第三条

夏探星野 | 澳大利亚自然与星空研学摄影团开始招募啦！

详情请看今日推文第四条

火星上的乌托邦平原

2021年5月15日，“祝融号”火星车在乌托邦平原南部成功着陆，标志着我国成为世界上第二个成功着陆火星的国家。

“祝融号”以我国的火神命名并被用以探索火星。它可以传送照片（包括用远程相机拍摄的“祝融号”和着陆器的自拍），可以研究火星地形，并利用它的探地雷达（GPR）开展测量，以实现对火星浅表层的结构探测。

“祝融号”原计划的工作寿命为三个地球月，但是它却在计划休眠前，成功运转了一年多的时间。然而，自2022年5月以来，我们已经与它失去了联系。

“祝融号”所着陆的乌托邦平原是火星最大的撞击盆地（也是太阳系中目前被认为的最大盆地），预估直径有3300km。“祝融号”共计在乌托邦平原上行进了约1921米。

祝融着陆区地质地貌图：（a）祝融号、凤凰号、洞察号、好奇号、毅力号和海盗号着陆点位置及古海岸线位置；（b）祝融号着陆点附近的简化地质图，比例尺为200千米；（c）祝融号着陆点附近的地形地貌图，比例尺为15千米；（d）祝融号行驶路径图，比例尺为100米（中科院）

中科院地质与地球物理研究所的研究人员表示，火星车的探地雷达为轨道探测器的雷达探测任务（如我国的“天问一号”探测任务与欧空局的“火星快车”等）提供了重要的补充。通过这些探地雷达的观测结果，我们可以得到火星车行驶路线上大约100米深度内浅层地质构造及构成的关键局部细节。

“祝融号”火星车着陆点和乌托邦平原多边形地貌：（a）乌托邦平原地形图，十字显示的是“祝融号”火星车、“维京2号”火星车和“毅力号”火星车着陆点；黑色等值线是-4 km高程线；四处多边形地貌的区域（图1c-1f）用白色方块标记；（b）“祝融号”火星车从Sol 11到Sol 113的行进路线；绿色线段表示从图2（P1–P16）中识别出的地下多边形的楔体，紫色线段表示多边形的内部；（c-f）乌托邦平原内4个代表性的多边形地貌，其位置如图1a所示。（中科院）

通过分析“祝融号”在乌托邦平原行进距离内扫描得到的雷达数据，研究人员们识别出了深埋在地下35米处的不规则多边形楔体。

低频雷达数据时变平均频率揭示的地下多边形地貌：（a）压制噪音后低频雷达数据的时变平均频率；绿色线段（P1-P16）表示地下多边形之间的楔体；（b）沿35-65 m深度（观察到的多边形顶部和底部）累加时变平均频率获得的叠加振幅谱（黑色曲线）；（c）探测地下多边形地貌的平面示意图，箭头表示火星车的行进方向，紫色表示多边形的内部，绿色表示多边形之间的楔体；（d）多边形几何特征定义的示意图；（e）从图b中识别出的多边形直径大小的直方图；（f）地球和火星多边形直径大小对比分析。

这些楔体大小从几厘米到几十米不等。研究人员认为这些地下多边形可能是由数十亿年前的早期火星冻融循环产生。也可能是火山爆发后冷却的熔岩流动所致。

由中国科学院地质与地球物理研究所张磊主导的科研团队将该研究成果发表于《自然》杂志上。该研究表明，火星车的雷达在1.2公里的行进距离内识别出16个多边形楔体，这表明乌托邦平原地下可能广泛分布着该类地貌。

这些探测到的地下多边形可能形成于29亿至37亿年前的火星晚西方纪-早亚马逊纪，由于远古湿润环境的停止而导致。这些古多边形地貌，无论是否被侵蚀，都渐渐地被后来的地质活动覆盖了。

“祝融号”着陆区多边形地貌形成过程示意图：（a）表面热收缩开裂；（b）裂隙被水/冰和/或土壤材料填充，产生三种类型的多边形地貌（冰楔、复合楔和沙楔多边形）；（c）晚西方纪-早亚马逊纪时期多边形地貌停止发展；（d）多边形地貌被后期覆盖。（中科院）

尽管在之前的火星探测任务中也有发现过多边形地貌，但这是首次有证据表明火星地表下面存在有被掩埋的多边形结构。

科研人员表示，被掩埋的多边形结构形成需要寒冷的环境，这意味着早期火星在乌托邦平原南部经历了水和冰之间冻融的过程。

论文中解释到，契形物形成的冻融过程中，所需的水和冰可能来自火星地下含水层的低温吸湿诱导的水分迁移、大气中的降雪或孔隙冰蒸汽扩散作用导致的沉积。先前的“祝融号”雷达数据研究表明，同一时期的多次洪水使得乌托邦平原的地表下形成了若干分层。

虽然这篇新论文指出，最可能的形成机制是湿润沉积物干燥后的土壤收缩，从而产生泥裂，但是，冷却熔岩的收缩也可能产生热收缩裂缝。

不论如何，火星上的巨大气候变化都应该对多边形结构的形成产生了重要影响。论文中写到，多边形地下结构以及覆盖其上的物质表明，在古火星上曾发生了一次显著的古气候转变。在火星地下约35m深度以上和以下的结构存在显著差异，表明了古火星时期水活动或热条件的显著变化，这意味着在中低纬度地区发生过强烈的古气候变化。

责任编辑：杨伯顺

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

萌萌的“祝融号”

图片来源：中科院

谢谢阅读