现代火星是否存在液态水对于星际移民、理解近代火星气候演化具有重要意义。液态水是塑造火星宜居环境乃至存在生命的前提，过去的研究已证明早期火星曾存在大量液态水，后来伴随火星早期大气逸散，气候环境发生了重大转变，极低的气压和水汽含量导致今天火星上液态水难以稳定存在，而只能以固态或气态的形式存在。然而，“凤凰号”机械臂上观测到的液滴证明当前火星高纬度地区夏季可以出现含盐液态水，数值模拟也显示适合液态水存在的气候条件可以短暂出现在当今火星某些地方。但气温最高的火星低纬度地区是否存在液态水，至今仍缺少直接的观测证据。
2021年我国天问一号火星任务搭载的“祝融号”火星车成功着陆于乌托邦平原（Utopia Planitia，UP）南部边缘（109.925 E， 25.066 N），该地区位于火星北半球晚西方纪低地（northern lowlands）单元，属于火星低纬度地区。截止冬季休眠，“祝融号”火星车工作了350多个火星日，行程约2千米，获得了大量宝贵的科学探测数据。
中国科学院地质与地球物理研究所秦小光研究员、王旭研究员、吴海斌研究员，联合国家天文台刘建军研究员、任鑫研究员、中国科学院大气物理研究所孙咏博士等20多人组成的团队，利用祝融号上搭载的导航地形相机、多光谱相机和火星表面成分探测仪对该地区沙丘表面的微观形貌特征和物质成分特征开展了深入研究，首次发现“祝融号”着陆区的沙丘表面存在结壳、龟裂、团粒化、多边形脊、带状水痕等表面特征（图1），通过光谱数据分析发现，沙丘表面富含含水硫酸盐、蛋白石、含水铁氧化物等物质成分。结合“祝融号”火星气象仪的实测数据和其它火星探测器的地表观测气象数据，在排除地下水和CO2的可能后，确定这些表面特征与降温时在含盐沙丘表面的降霜或降雪有关。含盐沙粒促使霜雪在低温下融化形成含盐液态水，盐水干燥后含水的硫酸盐、蛋白石和铁氧化物等含水矿物胶结沙粒形成风沙团粒、乃至结壳，结壳进一步干燥形成龟裂。后期的再次降霜降雪在结壳上又进一步形成多边形脊和带状水痕等液态水活动痕迹。同时，根据沙丘上陨石坑的统计，确定沙丘形成于距今大约40-140万年前以后，结合水的三相图关系推定，在晚亚马逊纪的火星地轴大倾角时期，水汽从极地冰盖向赤道方向的扩散传输导致了火星低纬度地区出现多次湿润环境，由此研究者提出，火星地轴大倾角时低纬度地区低温有助于降霜降雪、导致含盐沙丘表面结壳和团粒化，造成沙丘固化并留下液态水活动痕迹的形成模式。
这一发现填补了在火星低纬度地区液态水地面观测证据的空白，揭示了在表面温度相对温暖、适宜的低纬度地区，现代火星气候可以出现更潮湿的环境。这一发现对理解火星气候演化历史、寻找宜居环境具有非常重要的意义，也为未来寻找生命存在提供了关键线索。
图1 沙丘表面水痕迹。（a）图e中剖面位置地形等高线图；（b）亮结壳上条带状痕迹和疑似水浸土块碎屑与暗沙垄上风沙团粒的MSCam相机鸟视照片；（c）亮多边形脊和龟裂的放大图像；（d）环形区及其条带状边界痕迹的照片；（e）亮沙丘西翼两个纵向暗沙垄之间洼槽的三维图像，其中白虚线是图f剖面的位置；（f）图e中白虚线的地形剖面图
视频：火星沙丘表面与水活动有关的痕迹
研究成果发表于国际学术期刊SA（Xiaoguang Qin#*, Xin Ren#*, Xu Wang1#*, Jianjun Liu#*, Haibin Wu, Xingguo Zeng, Yong Sun, Zhaopeng Chen, Shihao Zhang, Yizhong Zhang, Wangli Chen, Bin Liu, Dawei Liu, Lin Guo, Kangkang Li, Xiangzhao Zeng, Hai Huang, Qing Zhang, Songzheng Yu, Chunlai Li, Zhengtang Guo. Modern water at low latitudes on Mars: Potential evidence from dune surfaces[J]. Science Advances, 2023. DOI:10.1126/sciadv.add8868）。
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