来源：光明网　发布日期：2025-2-12

  火星上，一滴液态水的痕迹，足以颠覆人类对这颗红色星球的认知——它不再是死寂的荒漠，而是一个暗藏“呼吸”的复杂生命体。

  来自中国科学院的“火星多时间尺度环境演变”团队，因为近年来的一系列国际研究成果，刷新了人类对火星水活动的认知，被授予2024年度中国科学院杰出科技成就奖（基础研究奖）。

  获奖理由提到了三个“国际首次”：创新行星雷达弱信号提取、高精度成像和建模仿真系列方法，首次发现火星浅表80米精细结构分层与横向变化，揭示火星长期水活动历史和长尺度环境变化；

火星多尺度水活动与磁场协同演化模型

  首次利用沙丘地貌研究火星现代水活动，发现火星低纬区表面液态水关键证据，揭示了现代风沙活动与水活动交替的短尺度环境变化，开辟了火星沙丘水活动研究新方向；

发现现代火星低纬区表面存在大气来源液态水活动

  自主研发火星车高精度磁场探测仪，创新车载磁测数据标定方法，实现首次火星表面磁场巡测和信号精准提取，揭示了磁场变化和弱磁场的存在是长期水活动关键约束。

祝融号表面磁场探测仪及在轨标定方法

  令人意外的是，这一个个堪称科研界“高光时刻”的“首次”，竟源于一个工作动员会。2021年8月，中国科学院地质与地球物理研究所召开首次火星探测任务科学研究工作动员会，短短时间内，来自地球物理、行星遥感、地质地貌、磁场探测等不同领域的科研人员纷纷响应，联合国家天文台等单位的同事，一支由7个任务组组成的“科研特战队”迅速集结，一场跨越多个学科领域的科研攻关与协作就此开启。

  “多兵种”携手，共赴火星探秘之旅

  火星，这颗与地球有着诸多相似之处却又充满神秘色彩的星球，吸引着无数科研人员为之探索。然而，火星研究面临的挑战超乎想象。

研究集体成员合影

  “火星研究需要综合多方面的数据，地质、气候、磁场……这些因素相互关联，单靠某一个学科根本无法全面解析火星的演化历史。” 中国科学院地质与地球物理研究所研究员陈凌向记者解释，就拿寻找火星液态水来说，这可不是一件简单的事。“我们要结合雷达探测、地貌分析、成分解译以及磁场数据，才能确定火星上到底有没有液态水，以及这些水过去是如何活动的。”

  随着大科学时代的进程加速，重大科学难题对多学科联合攻关提出了迫切需求。“国家交给我们的任务，就是要探测火星地下结构、水活动、磁场等，这些目标促使我们必须打破学科界限，共同努力。”团队成员张金海回忆道。就这样，为了同一个目标，不同领域的专家们汇聚在一起，开启了他们的火星探秘之旅。

  跨学科协作，催生重大科研突破

  在这个特殊的团队里，各个小组分工明确，却又紧密协作。张金海所在的雷达数据分析组，主要负责从复杂的雷达数据中提取有价值的信息。“火星表面石块太多，雷达波遇到石块会产生强烈反射，就像在强噪声背景下找弱信号，难度极大。”张金海说道。但他们没有退缩，通过不断尝试新的信号处理技术，经过46天不眠不休的攻关，终于成功提取出火星地下80米的结构图像。“当看到那清晰的图像时，我们所有的疲惫都消失了，觉得一切努力都是值得的。”张金海难掩激动之情。

火星现代短尺度环境变化

  秦小光带领的沙丘水活动组则从另一个角度展开研究。“我们最初是研究火星沙丘，没想到在这个过程中发现了水活动的迹象。”秦小光说道。他们通过对火星沙丘的细致观察和分析，发现了低纬区存在液态水的证据。“沙丘上的结壳、皲裂，还有多边形脊，这些现象都表明火星低纬区曾经有液态水活动。”秦小光解释道。

祝融雷达数据成像结果及解译

  来自国家天文台的刘建军负责主持火星探测规划、载荷运行、数据处理与检验，发现风沙与水活动交替地质证据，揭示现代短尺度环境变化。

  磁场探测组的杜爱民团队自主研发的磁场仪，实现了火星表面磁场的动态测量。“我们的磁场仪分辨率极高，能够探测到火星上极其微弱的磁场变化。”杜爱民介绍道。这些磁场数据为研究火星的演化提供了重要线索，揭示了火星磁场与水活动之间的紧密联系。

  在研究过程中，各小组之间的数据共享和技术互补至关重要。“我们会将雷达图像与磁场变化数据进行关联分析，这样就能更清楚地了解火星水活动的历史。”张金海说道。地球物理学的雷达技术与地质学的地貌分析方法相互结合，让科研人员能够从多个维度深入研究火星，突破了单一技术的局限。

  深度融合催生新方法、新思路

  当祝融号掠过乌托邦平原，它记录的不仅是红色星球的现在，更是人类文明向多学科协作要答案的未来。宇宙之谜的破解，从来不是独奏，而是跨越学科壁垒的交响。

火星乌托邦平原南部长期水活动模型

  “通过跟不同学科的同事一起讨论，一起研究，我感觉从个人到团队对火星的认识都有了质的飞跃。”陈凌说，我们发现火星存在35-32亿年前的大洪水沉积和16亿年以来的小洪水沉积，而且期间发生周期性干湿、冷暖变化，与以往认为的火星早期温暖湿润、后期寒冷干旱的观点显著不同。这一发现刷新了人们对火星环境气候演化的认知。

  此外，低纬区液态水活动证据的发现，也为火星宜居性研究提供了新的方向。“这意味着火星在某些时期、某些地区可能具备适宜生命存在的条件。”秦小光说道。

  在技术融合创新方面，研究团队也取得了多项突破。“我们融合了电磁波和地震波分析技术，成功解决了火星雷达深部信号衰减的难题，首次绘制出火星地下80米的精细结构图。”张金海告诉记者，精细结构图像反映的两期洪水事件痕迹让人们对火星地下世界有了更清晰的认识。

  “跨学科合作不是简单的拼凑，而是深度融合，它能催生新的研究方法和思路，让我们重新定义科学问题，看到了更多可能性。”陈凌说，接下来，团队还将聚焦如何站在地球系统的角度，对不同尺度、不同圈层，甚至是地球与其他行星层面开展分析和对比，来获取地球与行星演化的规律性认识。（光明网记者宋雅娟 肖春芳）