天問一號(hào)巡視器“祝融號(hào)”著陸于火星烏托邦平原南部。“祝融號(hào)”搭載的低頻雷達(dá)（Rover Penetrating Radar，RoPeR）發(fā)現(xiàn)了著陸區(qū)的垂向分層結(jié)構(gòu)，揭示了多期次與水活動(dòng)相關(guān)的火表改造事件，為剖析火星地質(zhì)演化和環(huán)境、氣候變遷提供了重要依據(jù)（Li et al., 2022）。沿著雷達(dá)車前進(jìn)方向的地下結(jié)構(gòu)的橫向變化同樣重要，可能反映了更加復(fù)雜的地質(zhì)演化過程。然而，雷達(dá)反射圖像橫向變化特征較為微弱，難以有效識(shí)別和提取。 ?? ?

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所火星雷達(dá)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、成都理工大學(xué)、中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所、中國科學(xué)院比較行星學(xué)卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心、中國科學(xué)院大學(xué)和河海大學(xué)等，通過對(duì)“祝融號(hào)”低頻雷達(dá)數(shù)據(jù)（圖1）進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其反射特征存在許多分立的垂直低頻條帶。通過與火星地面現(xiàn)存的地貌特征進(jìn)行對(duì)比，該研究認(rèn)為新發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)可能是深埋在地下35米處的多邊形地貌（圖2）。該研究在1.2公里的行進(jìn)距離內(nèi)識(shí)別出16個(gè)多邊形楔體，這表明烏托邦平原地下可能廣泛分布著該類地貌。 ?????

該研究表明地下多邊形可能由火星早期的凍融循環(huán)產(chǎn)生（圖3）。研究顯示，在地下~35m深度以上和以下的結(jié)構(gòu)存在顯著差異，表明在晚西方紀(jì)-早亞馬遜紀(jì)火星的水活動(dòng)和/或熱條件發(fā)生了顯著變化，這意味著在中低緯度（～25°N）發(fā)生過強(qiáng)烈的古氣候變化，或與古火星軌道傾角變化有關(guān)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、地質(zhì)地球所重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國家航天局民用航天技術(shù)預(yù)先研究項(xiàng)目的支持。 ?

論文鏈接

圖1.?“祝融號(hào)”火星車著陸點(diǎn)和烏托邦平原多邊形地貌：（a）烏托邦平原地形圖，十字顯示的是“祝融號(hào)”火星車、“維京2號(hào)”火星車和“毅力號(hào)”火星車著陸點(diǎn)；黑色等值線是-4 km高程線；四處多邊形地貌的區(qū)域（圖1c-1f）用白色方塊標(biāo)記；（b）“祝融號(hào)”火星車從Sol 11到Sol 113的行進(jìn)路線；綠色線段表示從圖2（P1–P16）中識(shí)別出的地下多邊形的楔體，紫色線段表示多邊形的內(nèi)部；（c-f）烏托邦平原內(nèi)4個(gè)代表性的多邊形地貌，其位置如圖1a所示。

圖2.?低頻雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)變平均頻率揭示的地下多邊形地貌：（a）壓制噪音后低頻雷達(dá)數(shù)據(jù)的時(shí)變平均頻率；綠色線段（P1-P16）表示地下多邊形之間的楔體；（b）沿35-65 m深度（觀察到的多邊形頂部和底部）累加時(shí)變平均頻率獲得的疊加振幅譜（黑色曲線）；（c）探測(cè)地下多邊形地貌的平面示意圖，箭頭表示火星車的行進(jìn)方向，紫色表示多邊形的內(nèi)部，綠色表示多邊形之間的楔體；（d）多邊形幾何特征定義的示意圖；（e）從圖b中識(shí)別出的多邊形直徑大小的直方圖；（f）地球和火星多邊形直徑大小對(duì)比分析。

圖3.?“祝融號(hào)”著陸區(qū)多邊形地貌形成過程示意圖：（a）表面熱收縮開裂；（b）裂隙被水/冰和/或土壤材料填充，產(chǎn)生三種類型的多邊形地貌（冰楔、復(fù)合楔和沙楔多邊形）；（c）晚西方紀(jì)-早亞馬遜紀(jì)時(shí)期多邊形地貌停止發(fā)展；（d）多邊形地貌被后期覆蓋。