現(xiàn)代火星是否存在液態(tài)水對(duì)于星際移民、理解近代火星氣候演化具有重要意義。液態(tài)水是塑造火星宜居環(huán)境乃至存在生命的前提，過去的研究已證明早期火星曾存在大量液態(tài)水，后來伴隨火星早期大氣逸散，氣候環(huán)境發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，極低的氣壓和水汽含量導(dǎo)致今天火星上液態(tài)水難以穩(wěn)定存在，而只能以固態(tài)或氣態(tài)的形式存在。然而，“鳳凰號(hào)”機(jī)械臂上觀測(cè)到的液滴證明當(dāng)前火星高緯度地區(qū)夏季可以出現(xiàn)含鹽液態(tài)水，數(shù)值模擬也顯示適合液態(tài)水存在的氣候條件可以短暫出現(xiàn)在當(dāng)今火星某些地方。但氣溫最高的火星低緯度地區(qū)是否存在液態(tài)水，至今仍缺少直接的觀測(cè)證據(jù)。 

　　2021年我國天問一號(hào)火星任務(wù)搭載的“祝融號(hào)”火星車成功著陸于烏托邦平原（Utopia Planitia，UP）南部邊緣（109.925 E， 25.066 N），該地區(qū)位于火星北半球晚西方紀(jì)低地（northern lowlands）單元，屬于火星低緯度地區(qū)。截止冬季休眠，“祝融號(hào)”火星車工作了350多個(gè)火星日，行程約2千米，獲得了大量寶貴的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。 

　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所秦小光研究員、王旭研究員、吳海斌研究員，聯(lián)合國家天文臺(tái)劉建軍研究員、任鑫研究員、中國科學(xué)院大氣物理研究所孫詠博士等20多人組成的團(tuán)隊(duì)，利用祝融號(hào)上搭載的導(dǎo)航地形相機(jī)、多光譜相機(jī)和火星表面成分探測(cè)儀對(duì)該地區(qū)沙丘表面的微觀形貌特征和物質(zhì)成分特征開展了深入研究，首次發(fā)現(xiàn)“祝融號(hào)”著陸區(qū)的沙丘表面存在結(jié)殼、龜裂、團(tuán)?；?、多邊形脊、帶狀水痕等表面特征（圖1），通過光譜數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，沙丘表面富含含水硫酸鹽、蛋白石、含水鐵氧化物等物質(zhì)成分。結(jié)合“祝融號(hào)”火星氣象儀的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和其它火星探測(cè)器的地表觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)，在排除地下水和CO₂的可能后，確定這些表面特征與降溫時(shí)在含鹽沙丘表面的降霜或降雪有關(guān)。含鹽沙粒促使霜雪在低溫下融化形成含鹽液態(tài)水，鹽水干燥后含水的硫酸鹽、蛋白石和鐵氧化物等含水礦物膠結(jié)沙粒形成風(fēng)沙團(tuán)粒、乃至結(jié)殼，結(jié)殼進(jìn)一步干燥形成龜裂。后期的再次降霜降雪在結(jié)殼上又進(jìn)一步形成多邊形脊和帶狀水痕等液態(tài)水活動(dòng)痕跡。同時(shí)，根據(jù)沙丘上隕石坑的統(tǒng)計(jì)，確定沙丘形成于距今大約40-140萬年前以后，結(jié)合水的三相圖關(guān)系推定，在晚亞馬遜紀(jì)的火星地軸大傾角時(shí)期，水汽從極地冰蓋向赤道方向的擴(kuò)散傳輸導(dǎo)致了火星低緯度地區(qū)出現(xiàn)多次濕潤(rùn)環(huán)境，由此研究者提出，火星地軸大傾角時(shí)低緯度地區(qū)低溫有助于降霜降雪、導(dǎo)致含鹽沙丘表面結(jié)殼和團(tuán)?；斐缮城鸸袒⒘粝乱簯B(tài)水活動(dòng)痕跡的形成模式。 

　　這一發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了在火星低緯度地區(qū)液態(tài)水地面觀測(cè)證據(jù)的空白，揭示了在表面溫度相對(duì)溫暖、適宜的低緯度地區(qū)，現(xiàn)代火星氣候可以出現(xiàn)更潮濕的環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)理解火星氣候演化歷史、尋找宜居環(huán)境具有非常重要的意義，也為未來尋找生命存在提供了關(guān)鍵線索。 

　　圖1  沙丘表面水痕跡。（a）圖e中剖面位置地形等高線圖；（b）亮結(jié)殼上條帶狀痕跡和疑似水浸土塊碎屑與暗沙壟上風(fēng)沙團(tuán)粒的MSCam相機(jī)鳥視照片；（c）亮多邊形脊和龜裂的放大圖像；（d）環(huán)形區(qū)及其條帶狀邊界痕跡的照片；（e）亮沙丘西翼兩個(gè)縱向暗沙壟之間洼槽的三維圖像，其中白虛線是圖f剖面的位置；（f）圖e中白虛線的地形剖面圖