2021年，我国天问一号火星任务搭载的“祝融号”火星车成功着陆于火星北部平原东部的乌托邦平原南部边缘，位于前人所提出的古海岸线附近的北方荒原组，为查证是否存在古海洋沉积提供了机会。

(资料图)

自着陆以来，“祝融号”一直在向南驶向潜在的海岸线区域，并对沿途出露的北方荒原组地层展开观测。“祝融号”行驶了约1921米（图1），使用不同的成像和分析系统对露头和地表岩石进行详细的就位观测，其中导航和地形相机已经获得了106组全景图像，详细记录了“祝融号”行进路线附近许多岩石的表面形态与构造特征。

图1：“祝融号”行驶路线图和巡视区地形

肖龙介绍，“我们查看火星车车载相机传回的照片，发现这些裸露的岩石发育层理构造，显著不同于火星表面常见的火山岩，也不同于风沙沉积形成的层理构造，这些层理知识指示的双向水流特点，与地球滨—浅海环境中的低能潮汐流一致。”

基于MSCam获取的岩石影像，肖龙教授研究团队详细分析了“祝融号”火星车巡视区内石块的表面构造。由于所观测的岩石都位于祝融巡视区内，研究团队将其代表的地质单元命名为：祝融段。研究团队在研究中发现段内的岩石通常保留有局部呈透镜状的交错层理组构，以多种小型交错层理为主，伴随少量透镜状压扁层理和小型水道结构的沉积构造（图2）。

其中，组成交错层理的层系在两个相反的方向叠覆倾斜，指示双向古水流环境。此外，由于层系的厚度和粒度在不同方向上具有较大的差异，表明古水流在两个方向上存在强度差异。这种双向水流模式通常由具有周期性流向变化的流体作用所形成，在风成环境及河流环境中并不常见，但在地球的滨—浅海环境中很常见。相比于地球而言，火星只有两颗小卫星，使得其表面具有低能量的潮汐系统，在这种潮汐环境中只能形成小规模的层理构造。此外，研究中识别的底形和沉积构造具有支持其为流水沉积而不是风成沉积的证据。

图2：“祝融号”观测的岩石和沉积层理素描图，岩石编号Sol50-08

本研究中对祝融段岩石的观测结果是迄今为止首个支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探测证据。“祝融号”着陆点的位置表明，观察到的沉积构造可能形成于北部平原古海洋的海退过程中（图3）。

图3：西方纪亚尼罗海洋演化模式图

该研究在北方荒原组中发现的这些沉积构造，为重塑火星的历史提供了新的启示。“未来‘祝融号’对该区域的深入探测和采样返回，将加深我们对火星宜居性和生命痕迹保存的认识”，肖龙说。

本研究工作的联合攻关团队来自国内外高校的13位合著者，中国地质大学（武汉）肖龙教授和黄俊教授为论文的共同第一作者，中国地质大学（武汉）肖龙教授和蒂姆·科斯基教授为论文的共同通讯作者。本研究得到了中国国家航天局（CNSA）月球探测与航天工程中心领导的中国首次火星探测计划的支持，科学数据由中国月球与深空探测工程地面应用系统制作，由中国国家航天局提供。该研究成果得到了国家自然科学基金、民用航空航天技术预研项目、科技部专项基金和国际地质科学联合会岩石圈项目等的联合支持。