中国网/中国发展门户网讯 （记者王虔）在“天问一号”成功登陆火星开展探测过程中，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称“地质地球所”）的科研工作者们通过创新研究方法，对火星36亿年以来的水活动过程和磁场演变历史进行研究，取得多项国际前沿成果。“火星多时间尺度环境演变”研究获评2024年度中国科学院杰出科技成就奖基础研究奖。

图为火星多尺度水活动与磁场协同演化模型

雷达探测是火星浅表地层结构研究的最有效手段，但雷达信号随深度指数衰减，信噪比极低，难以提取深部地层精细结构信息。研究人员把电磁波分析和地震波分析结合在一起，创新雷达数据分析方法，从强干扰数据中准确提取结构信息，在国际上首次获得火星地下80米精细结构图像，揭示了火星地层的垂向和横向物性变化。“我们把原来在嫦娥3号、嫦娥4号上用的雷达技术拓展到火星的研究上，发现有一些效果”。地质地球所研究员张金海介绍，由于这是我国进行的第一次火星探测，研究人员们都没有相关经验和技术积累，“研究所里组织了科研团队，我们作为技术小组就地攻关，把学生和教工组织在一起，在研究的46天里几乎没怎么睡觉。几十人一起攻关，地球科学相关领域的专家观点相互碰撞、汇总，才能够形成可信的结果。”

最终，研究发现了10-30米、30-80米深度两套向上变细的沉积层序，并在30-80米深度存在横向分布的楔形条带结构，揭示火星35-32亿年和16亿年以来经历不同规模的洪水沉积过程，表现为由强到弱的长期、多期次水活动历史，而且在32-16亿年间存在长时间尺度的气候干湿、冷热变化。

在大众认知中，一个星球上有水的存在，就意味着有生命存在的可能。因此在对火星的探测研究中，“水”的相关话题一直备受大众关注。火星上现代水活动也是此次科研人员们聚焦的重点之一。“我们的研究是国际首次在火星沙丘上开展的水活动研究，开辟了火星水活动研究的新方向。我们首次在低纬度地区发现了液态水证据，大大提升了火星上水存在的时间和空间跨度”。地质地球所研究员陈凌表示。

对于如何开始在火星沙丘上研究水活动，地质地球所研究员秦小光介绍，起因是研究人员在火星沙丘上发现了皲裂。“沙子要形成皲裂，首先要结壳，肯定是有东西把沙子粘起来了，后来发现那是盐。我们发现，沙丘表面除了皲裂以外，还有多种跟水活动有关的痕迹”。他表示，如果是在地球上发现这些现象，很容易就能判断出是有水活动，但出现在火星上，就必须要反复证明到底是不是水痕迹、是什么原因形成的。“我们的研究已经证明现今火星地下80米是没有液态水的，进一步研究发现水来自于空中。只要温度降低到了霜点，火星空气里面的水汽就会凝结成霜或者雪，升温时融化盐分形成盐水，最后干燥就会形成盐壳和皲裂。”

陈凌介绍，此次在地质地球所杜爱民研究员带领下，研究人员还自主研发了高精度磁场探测仪，实现了人类首次火星表面磁场巡视测量。由于火星车的干扰场比火星自身磁场强一万倍，从巡测数据中提取磁场信号是很困难的。为了克服干扰，研究人员创新车载磁测旋转标定方法，实现了火星极弱磁场信号的精准提取。研究发现了火星磁场的显著变化，揭示36亿年前火星全球磁场强度骤降，并持续维持着弱磁场状态，由此提供了火星由强变弱长期水活动过程的磁场约束机制。

研究火星水活动对于地球人有什么意义？秦小光这样说：“现在对火星的研究发现，很可能预示着它在早期和地球是很类似的。现在火星上水很少了，对地球上的未来会不会有一些启示？我们研究火星，也许能看到地球的未来，我们要爱护自己的地球。”

“火星多时间尺度环境演变”研究构建了火星多尺度水活动与磁场协同演化基本框架。地质地球所认为该研究“取得火星古磁场与古环境长期演变的原创性认识，拓展人类认知边界”。陈凌介绍，在对火星的探测研究中，我国研究人员在空间环境、地震学、重力观测等方面一直与国际同行保持交流合作。未来，将继续在相关领域开展合作。