现代火星上有液态水吗？ 科学家们通过祝融号火星车拍摄的照片发现，答案是肯定的。
中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质与地球物理研究所）研究员秦晓光及其合作者分析，火星沙丘上的结壳、裂缝等各种“水印”是确凿的证据，而这些痕迹来自霜冻。 或降雪，而不是地下水。 该研究最近发表在《科学进展》上。
“我们的发现填补了火星低纬度地区液态水地面观测证据的空白，表明现代火星气候可以拥有更湿润的环境。” 论文通讯作者秦晓光告诉《中国科学报》。
沙丘“水印”
秦晓光还记得第一次拿到第一批祝融火星车数据时的激动。 朱榕着陆区最显着的地貌是沙丘。 他和中国科学院国家天文台研究员任鑫在查看火星车开机传回的照片时，惊讶地发现沙丘表面出现了奇异现象——裂缝和带状痕迹。板相机。
这些是不应出现在正常沙丘表面的形态特征。 长期的地貌研究经验，让秦晓光推断，这极有可能是水流留下的痕迹。
“它们看起来就像地球上的池塘干涸时留下的海岸线痕迹。” 秦晓光向《中国科学报》回忆道。
朱荣拍摄的火星沙丘上的水印。图片来自：地质与地球科学研究所
朱榕拍摄的火星水裂缝。图片来自：地质与地球科学研究所
寻找与“水”有关的线索，一直是科学家研究行星历史和生命宜居性的重点。 科学家发现火星早期存在大量液态水，但随着火星早期大气层的逃逸，气候和环境发生了很大变化。 极低的气压和水蒸气含量使得今天火星上的水很难以液态稳定存在。 以固态或气态形式存在。
尽管如此，科学家们还是在现代火星上发现了液态水的“踪迹”。 例如，在火星高纬度地区着陆的美国凤凰号探测器的机械臂上就观察到了“水滴”。 科学家们认为，这表明在夏季，火星高纬度地区可以短暂出现含盐液态水。 数值模拟还表明，适合液态水存在的气候条件可能会在当今火星的某些地方短暂出现。
那么，火星低纬度地区温度最高的地方是否存在液态水呢？ 着陆点更接近火星“赤道”的祝融号，为回答这个问题提供了契机。
2021年5月，天问一号火星任务搭载的祝融火星车在乌托邦平原南缘（北纬25.066度，东经109.925度）成功着陆。 祝融工作了350多个火星日，行程约2公里，获得了大量宝贵的科学探索数据。
为了对火星探测任务传回的数据进行分析，时任地质地球所所长吴福元院士和首次火星探测任务首席科学家潘永新院士，立即整合了各专业领域的人员在全院成立火星探测研究小组。 对次要任务返回的数据进行挖掘。
研究地貌与环境变化的秦晓光受命组织人员开展火星地貌环境研究。 他与研究所王旭研究员、吴海滨研究员、张世豪博士，中国科学院国家天文台刘建军研究员、任鑫研究员，中国科学院大气物理研究所孙勇博士中国科学院等20多人开始分析祝融传回的火星地貌信息。
他们利用祝融携带的导航地形相机、多光谱相机和天问一号遥感影像，对四个火星沙丘进行了详细观测，首次发现沙丘表面存在结壳、裂缝和团块。祝融降落区。 、多边形脊线、带状标记和其他表面特征。
在进一步研究中，他们发现，根据沙丘的形态特征和地表颜色的深浅，着陆区的沙丘有“亮沙”和“暗沙”之分。 亮砂表面基本具有结壳、裂纹等与水有关的特征； 而深色砂多为团粒结构，团粒比风沙颗粒大得多。 用激光将它们打碎后，他们发现这些聚集体是由沙子制成的。 由凝聚在一起的颗粒组成。
朱荣拍摄的火星亮沙和暗沙。图片来自：地质与地球科学研究所
这是怎么发生的？ 在火星表面，有许多候选的胶结物质，如干冰、水冰、粘土、盐类等无机胶结物。 根据二氧化碳和水的性质以及朱荣着陆点的大气条件，研究人员排除了干冰和水冰作为砂胶结物的可能性。 短波红外被动光谱数据显示，砂胶结物极有可能由含水硫酸盐、蛋白石（含水二氧化硅）、含水氧化铁等成分组成。
这些以盐为代表的含水矿物起凝结剂的作用，将砂粒胶结成砂团，需要水的参与。 那么，水是从哪里来的呢？
推测再推测
据报道，在火星上，主要存在三种潜在的水源：地下水； 霜和雪； 雨。
研究小组根据观察到的现象，对这些来源一一进行了调查。
“如果地下水通过毛细管水蒸发到达火面，水蒸发后水中的盐分会留在地表，形成盐碱地。” 秦晓光说，但研究团队在沙丘附近的低地并没有看到这种现象，相反，在较高的沙丘表面出现结壳。 显然，地下水的毛细管水蒸发不太可能在沙丘表面形成结壳，因此他们排除了地下水存在的可能性。
水是否以霜、雨或雪的形式到达火面取决于火星大气层的温度和水压。 根据对火星气象条件的观察，现代火星的大气压力和水汽分压极低，基本不可能下雨。 当温度下降到-74摄氏度的霜点后，火星大气中的水汽就会形成霜冻或降雪，而在火星上既有霜降也有降雪观测。 据此，他们推测着陆区沙丘的地表特征与冷却过程中盐渍沙丘表面的霜冻或降雪有关。
根据朱镕基携带的温度计的不完全观测，结合国外其他火星探测器的观测，着陆点附近最高温度为-8摄氏度，更低时可达近-100摄氏度。 “如果火星上有液态水，按照地球上的情况，应该会在零度结冰。但是这个地方的仪器，并没有显示出冰的成分，这是怎么回事？” 秦晓光一行人考虑再三。
根据多年在罗布泊的调查，秦晓光认为，当地的盐塘冬天不结冰，是因为高浓度卤水的“共晶温度”（相对于纯水的冰点）较低，具体凝固点取决于盐的种类并与含盐量有关。 沙丘表面富含硫酸盐等盐类。 当温度升高时，霜雪在较低温度下可以直接由固态变为液态。
基于此，研究人员还给出了沙丘地表特征的演化模型：温度下降到霜点后会形成霜或雪，而霜雪中混有含盐物质，会在一定时间融化成含盐液态水。温度升高时温度降低。 温度持续上升（每日或季节性变化）。 卤水干涸失水后，硫酸盐、蛋白石、氧化铁等含水矿物胶结砂粒，形成风成砂聚集体，甚至结壳，结壳进一步干燥形成裂缝。 后期的霜冻和降雪进一步在地壳上形成多边形脊线、带状水痕等液态水活动痕迹。
“这是基于祝融号火星车多源观测数据得出的逻辑严密的假说，为假说的进一步解释和验证提供了指导。” 该杂志的国际审稿人、美国布朗大学负责人詹姆斯·W·詹姆斯认为，这种转变发生的温度条件在季节和昼夜时间尺度上都可以得到满足。
研究人员认为，这也与火星的高倾角活动相吻合。 根据对沙丘上陨石坑的统计现代火星存在液态水，他们确定沙丘形成于距今约40万至140万年前。 这段时间以来，火星地轴出现了多次高倾期。 火星的轨道倾角（轨道平面与火星赤道平面的夹角）与现代相似甚至更大。 这时，水汽会从极地冰盖向赤道扩散输送。 导致火星低纬度地区出现的多重湿润环境，有利于霜冻和降雪现代火星存在液态水，导致含盐沙丘表面结壳、结块，导致沙丘的形成固化并留下液态水活动的痕迹.
该杂志的另一位国际审稿人认为，该研究描述了至少数百万年前火星上潮湿环境的证据。 这些观察结果很有趣，它们在火星低纬度地区记录的特征可能代表了最近潮湿条件的证据。
“研究表明，在高倾角时期，火星上出现了与现代相似或更湿润的气候和气象条件，使得现代火星低纬度地区多次出现含盐液态水。该地区蔓延至高纬度，然后返回冰帽。” 秦晓光表示，这一过程与火星大气环流乃至水循环有关，对于了解火星气候演化史、寻找宜居环境具有重要意义。
祝融着陆点所在的火星低纬度地区。地图由地质地球提供
更多的未知数有待商榷
这项研究的结果来之不易。 这是我国首次探索火星，前途无量。 为了辨别照片中的每一条地貌痕迹，研究团队需要仔细审视每一张图片，并用在地球上学到的“十八般武艺”反复推敲火星的每一条痕迹。 线索形成判断，然后仔细检查每一个结论是否站得住脚。
比如，为什么火星上的沙丘有明暗之分？ 他们发现黑暗的沙丘是在明亮的沙丘之上形成的。 这说明原本明亮的沙丘是不能移动的。 那么，光明沙丘为何会“消亡”呢？ 他们分析，这是因为光亮沙丘表面的液态盐水已经干涸，将沙粒包裹起来，无法移动。 当沙尘暴再次来袭时，亮沙丘被覆盖而暗沙丘形成，新的暗沙层在含盐液态水的作用下再次形成粒状结构。
据秦晓光介绍，火星光亮沙丘的迎风坡和背风坡都很小，一般只有几度到十几度，远低于常规风沙休止角30度。 而且它们的形状是地球上常见的“新月”，而不是火星上常见的直线横向风状脊。 这些都表明他们已经被修改了。
我国的深空探索方兴未艾。 一个现象得出一个结论，更多的深空谜题解开，更多的科学家走上探索的道路。
祝融拍摄的火星照片。图片来自：地质与地球科学研究所
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