中國科學院國家空間科學中心在“天問一號”著陸區地質背景研究中獲進展

中國首次火星探測巡視器“天問一號”于2021年5月15日成功著陸于火星烏托邦平原南部。烏托邦平原形成于諾亞紀，是火星北半球最大的撞擊盆地，直徑約為3200km（圖1）。南部、西部和東部邊緣分別與伊西斯平原和埃律西昂火山地區相接，形成了廣闊平原區域。地形數據表明，火星北半球可能存在“古海洋”，烏托邦平原位于推測的古海岸線內，剖析著陸區的地形地貌、物質成分，對探索其地質演化歷史、驗證火星“古海洋”假說具有重要意義。

圖1 “天問一號”著陸區地質演化歷史示意圖

圖1 圖1“天問一號”著陸區及其周圍地質圖，“祝融號”（五角星）位于晚西方低地單元（修改自Tanaka et al.,2014）。右下角MOLA全球高程圖指示著陸區位于烏托邦平原南部，西臨伊西斯平原，東接埃律西昂火山

中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室劉洋研究員團隊綜合運用多源遙感數據對著陸區開展研究，MOLA 高程和粗糙度數據顯示烏托邦平原地形平坦且缺乏明顯撞擊坑，揭示該盆地內部受到長期的改造和后期北方荒原（Vastitas Borealis Formation,VBF）物質堆積。多種地貌特征指示烏托邦平原曾存在大量的水冰/揮發分，如圖2所示，脊狀地貌和凹錐主要分布于研究區西南部，壁壘撞擊坑、薄餅撞擊坑和被掩埋的鬼坑主要分布在中部，多邊形槽聚集在東北部。此外，薄餅狀濺射物遠端部分嚴重退化，表明這些撞擊坑是在含有大量揮發分的靶體中形成的。不同地貌特征的分布與其距離烏托邦平原中心的距離，即水/揮發分的含量有關。

圖2 “天問一號”著陸區地貌填圖

通過撞擊坑定年技術，研究區的絕對模式年齡分別為～3.45Ga和～3.68Ga。該研究并未在軌道光譜數據上識別到含水礦物，這可能與光譜數據覆蓋有限、受沙塵覆蓋有關。綜合本研究和前人成果，圖3歸納了著陸區的地質演化歷史：（A）烏托邦平原形成于諾亞紀；（B）隨后受到沉積和火山物質的改造和填充；（C）早西方紀火山物質填充于烏托邦平原；（D）中西方紀受構造作用形成皺脊；（E）晚西方紀洪水涌入；（F）洪水消失后的殘余物質形成VBF；（G）受構造抬升或差異性的壓實作用形成大型多邊形槽溝；（H）亞馬遜紀來自埃律西昂火山的熔巖流流入烏托邦平原。“祝融號”巡視器攜帶的光譜儀和探地雷達等多種載荷將開展就位探測，為探究著陸區的物質成分和淺表層結構、驗證“古海洋”假說提供關鍵的數據支持。

該研究可以為“祝融號”火星車的未來探測規劃和科學數據解譯提供重要支撐，相關研究成果發表在Icarus（DOI：10.1016/j.icarus.2021.114657）上。該研究工作得到民用航天技術預先研究項目、國家重點研發計劃、國家自然科學基金資助。