2021年，我國天問一號火星任務搭載的“祝融號”火星車成功著陸于火星北部平原東部的烏托邦平原南部邊緣，位于前人所提出的古海岸線附近的北方荒原組，為查證是否存在古海洋沉積提供了機會。

自著陸以來，“祝融號”一直在向南駛向潛在的海岸線區域，并對沿途出露的北方荒原組地層展開觀測。“祝融號”行駛了約1921米（圖1），使用不同的成像和分析系統對露頭和地表巖石進行詳細的就位觀測，其中導航和地形相機已經獲得了106組全景圖像，詳細記錄了“祝融號”行進路線附近許多巖石的表面形態與構造特征。

(資料圖)

圖1：“祝融號”行駛路線圖和巡視區地形

肖龍介紹，“我們查看火星車車載相機傳回的照片，發現這些裸露的巖石發育層理構造，顯著不同于火星表面常見的火山巖，也不同于風沙沉積形成的層理構造，這些層理知識指示的雙向水流特點，與地球濱—淺海環境中的低能潮汐流一致。”

基于MSCam獲取的巖石影像，肖龍教授研究團隊詳細分析了“祝融號”火星車巡視區內石塊的表面構造。由于所觀測的巖石都位于祝融巡視區內，研究團隊將其代表的地質單元命名為：祝融段。研究團隊在研究中發現段內的巖石通常保留有局部呈透鏡狀的交錯層理組構，以多種小型交錯層理為主，伴隨少量透鏡狀壓扁層理和小型水道結構的沉積構造（圖2）。

其中，組成交錯層理的層系在兩個相反的方向疊覆傾斜，指示雙向古水流環境。此外，由于層系的厚度和粒度在不同方向上具有較大的差異，表明古水流在兩個方向上存在強度差異。這種雙向水流模式通常由具有周期性流向變化的流體作用所形成，在風成環境及河流環境中并不常見，但在地球的濱—淺海環境中很常見。相比于地球而言，火星只有兩顆小衛星，使得其表面具有低能量的潮汐系統，在這種潮汐環境中只能形成小規模的層理構造。此外，研究中識別的底形和沉積構造具有支持其為流水沉積而不是風成沉積的證據。

圖2：“祝融號”觀測的巖石和沉積層理素描圖，巖石編號Sol50-08

本研究中對祝融段巖石的觀測結果是迄今為止首個支持火星北部平原古海洋存在的直接性原位探測證據。“祝融號”著陸點的位置表明，觀察到的沉積構造可能形成于北部平原古海洋的海退過程中（圖3）。

圖3：西方紀亞尼羅海洋演化模式圖

該研究在北方荒原組中發現的這些沉積構造，為重塑火星的歷史提供了新的啟示。“未來‘祝融號’對該區域的深入探測和采樣返回，將加深我們對火星宜居性和生命痕跡保存的認識”，肖龍說。

本研究工作的聯合攻關團隊來自國內外高校的13位合著者，中國地質大學（武漢）肖龍教授和黃俊教授為論文的共同第一作者，中國地質大學（武漢）肖龍教授和蒂姆·科斯基教授為論文的共同通訊作者。本研究得到了中國國家航天局（CNSA）月球探測與航天工程中心領導的中國首次火星探測計劃的支持，科學數據由中國月球與深空探測工程地面應用系統制作，由中國國家航天局提供。該研究成果得到了國家自然科學基金、民用航空航天技術預研項目、科技部專項基金和國際地質科學聯合會巖石圈項目等的聯合支持。