原文作者：香港理工大学行星遥感实验室吴波教授团队及中国空间技术研究院天问一号探测器系统研制团队
火星北部平原是否曾存在一片浩瀚的海洋，一直是行星科学中最引人入胜又争议不断的谜题之一。如今一项基于遥感和中国祝融号火星车观测数据的研究，为这一假说提供了新的重要线索。
由香港理工大学吴波教授团队与中国空间技术研究院天问一号探测器系统研制团队合作、发表于《科学报告》（Scientific Reports）的一项研究，通过对祝融号着陆区的大范围遥感分析与原位观测，揭示了火星乌托邦平原南部存在一个古滨岸带（nearshore zone）的强烈证据。该论文自 2024 年 11 月发表在《科学报告》后受到广泛关注，位列所有同期文章的前 1%，已被 100 多家新闻媒体报道，包括 Newsweek、Space.com、Science Alert、CNN Brasil、National Geographic en Español、Futura-Sciences、CGTN 等。文章访问量达 1.9 万次。
图1 祝融号着陆点（红色十字）及周边地质单元。黑色粗线为 Deuteronilus 海岸线，背景为 MOLA 地形高程图。
遥感证据：不同地貌，不同水深
研究团队在祝融号着陆区及周边约 1800×800 公里范围内，系统识别了多种与水/冰相关的地貌特征：
•坑状锥体：主要分布在研究区域南部，指示较少水/冰
•多边形沟槽与蚀刻流：集中在北部，与更丰富的水/冰相关
•具薄饼状溅射物的撞击坑：同样集中在北部，需要大量的水/冰、挥发分才能形成
图2 祝融号着陆区与水/冰相关的地貌特征示例
这些地貌特征被地形等高线在空间分布上进行了分隔：-3580 米等高线分隔了上述与水/冰相关的地貌特征与滨岸过渡区域，划分了滨岸过渡带与海洋沉积单元；-4200 米等高线则分隔了坑状锥体与多边形沟槽及蚀刻流，进一步将海洋沉积单元划分为浅海单元和深海单元。
图3 坑状锥体（橙色）集中在南部，多边形沟槽/蚀刻流（蓝色）集中在北部；薄饼状撞击坑（紫色）主要分布在北部，指示更丰富的水/冰资源。
原位观测：祝融号亲眼看到的“水”痕迹
祝融号火星车在着陆区约 2 公里的行进路线上，提供了来自地面观测的直接证据：
含水矿物：祝融号携带的表面成分分析仪在多个块状浅色岩石中检测到了水合二氧化硅和水铝英石等矿物，其光谱吸收特征与液态水参与下的蚀变过程一致。
图4 (a) 祝融号行进轨迹；(b) 观测石块的短波红外光谱曲线，显示 1.94 μm和~2.2 μm吸收峰，指示含水矿物。
沉积构造：部分岩石发育有层理和交错层理，这是典型的水下沉积环境标志，可能形成于水流作用下的浅海环境。
图5 祝融号在 Sol 32 和 Sol 43 拍摄的岩石影像（左：NaTeCam；右：MSCam假彩色），可见清晰的层理/交错层理构造。
地下分层：探地雷达在地下 10–80 米揭示了两层向上变细的沉积序列（上部细粒、下部粗粒），符合水环境下沉降物的分选机制。
年代学约束：一个持续约 2 亿年的“短命海洋”
通过撞击坑定年，研究团队给出了时间框架：
•约 36.5–36. 8亿年前（晚诺亚纪）：洪水涌入乌托邦平原南部，水面达 -3580 米，形成海岸线
•海洋表面很可能在相对短暂的时间内即已结冰，随后开始形成沉积物以及与水/冰活动相关的地貌特征
•约 35 亿年前（早赫斯珀利亚纪）：浅海单元完成沉积；直至约 34.2 亿年前：深海单元完成沉积，水/冰体消失
这意味着，乌托邦平原的这个水体可能仅持续了约 2 亿年，在火星 46 亿年历史中算是一个“短命”的海洋，但它留下的地质记录却清晰可辨。
三阶段演化模型
综合以上证据，研究团队提出了乌托邦平原古滨岸带的三阶段演化模型：
1.洪水充填阶段（晚诺亚纪）：水体涌入，淹没浅海和深海单元
2.冻结与沉积阶段（早赫斯珀利亚纪）：海洋表面冻结，VBF 沉积物通过沉降和堆积形成，-4200 米等高线成为浅海与深海的分界
3.消失与残留阶段（亚马逊纪至今）：冰盖消失，局部以透镜状形式存在的地下残余冰，可能一直存在到亚马孙纪
图6 (a) 洪水充填阶段；(b) 冻结与沉积阶段；(c) 消失与残留阶段。
这项研究通过大范围遥感 + 原位观测 + 精细定年，首次在乌托邦平原南部系统刻画了一个具有明确地貌分带、沉积记录和年代约束的古滨岸带。
对于火星科学研究而言，这不仅是“有没有水”的问题，更是“水在何时、以何种形式、持续了多久”的问题。遥感和祝融号的原位观测数据正在帮助我们一步步逼近这个答案。
Scientific Reports
DOI: 10.1038/s41598-024-75507-w
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A probable ancient nearshore zone in southern Utopia on Mars unveiled from observations at the Zhurong landing area
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