如果你把一根探針插進(jìn)火星的土壤，深入15米，你可能會碰到冰。不是純凈的冰，而是混雜著沙礫、塵埃和碎石的"臟冰"，就像是被土裹了厚厚一層外殼的凍冰棍。這聽起來不怎么浪漫，但在行星科學(xué)界，這是一個(gè)足以讓研究者激動(dòng)到睡不著覺的發(fā)現(xiàn)。

祝融號火星車搭載的次表層探測雷達(dá)（RoPeR），在烏托邦平原南部約15米深度探測到一層厚約7米的低損耗物質(zhì)層，其介電性質(zhì)與含水冰混合物高度吻合。結(jié)合數(shù)值模擬、頻率分析和光譜數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)推斷這是一層含有少量石塊的"臟冰"層，為火星中低緯度淺表層水冰的存在提供了直接觀測證據(jù)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)的真正價(jià)值，遠(yuǎn)超一條科學(xué)新聞的邊界。它同時(shí)觸及了三個(gè)最根本的問題：火星過去有水嗎，現(xiàn)在有沒有，未來能不能用。

15米深的冰為什么比極地的冰更重要

在這個(gè)發(fā)現(xiàn)之前，科學(xué)界早就知道火星有水冰，這不是秘密。火星兩極有巨大的極冠，覆蓋著厚厚的水冰和干冰，這是探測衛(wèi)星早就看到的。問題是，極地對人類太冷、太遠(yuǎn)、太難抵達(dá)，既不適合建設(shè)未來的人類基地，也不是科學(xué)價(jià)值最高的探索目標(biāo)。

真正讓行星科學(xué)家困惑多年的，是中低緯度有沒有冰。火星中低緯度氣候相對溫和，地質(zhì)歷史更復(fù)雜，也是未來載人登陸任務(wù)最可能選擇的區(qū)域。如果這里有冰，意義就截然不同了：第一，它說明水曾經(jīng)廣泛分布在火星表面而不只是積聚在極區(qū)；第二，它意味著未來的火星探測基地可以就地取材，不必從地球運(yùn)水；第三，它為研究火星氣候演化提供了一塊活生生的實(shí)物檔案。

烏托邦平原是火星上最大的撞擊盆地之一，直徑超過3300公里。此前在軌探測衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域存在大量可能指示古代水活動(dòng)的特殊地貌，但"有沒有水"和"水在哪里、以什么形態(tài)存在"是完全不同量級的問題。祝融號的雷達(dá)數(shù)據(jù)，把這個(gè)問題從"有沒有"推進(jìn)到了"在這里、就是這個(gè)樣子"，這才是真正的科學(xué)突破。

臟冰是怎么來的說清楚了一件大事

既然知道了冰在哪里，咱們再來說說這塊冰是怎么來的。研究團(tuán)隊(duì)提出的演化模型，讓這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義更加完整。火星的軌道傾角在歷史上并不固定，它會隨著引力擾動(dòng)發(fā)生大幅度擺動(dòng)。在軌道傾角較大的時(shí)期，太陽照射方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，中低緯度地區(qū)會出現(xiàn)更極端的季節(jié)性溫差，水冰有機(jī)會以霜或積雪的形式在這些區(qū)域大量富集。那些從極區(qū)升華遷移過來的水汽，遇到低溫就凝結(jié)，與火壤和塵埃混合，形成最初的"臟冰"層。

隨后，風(fēng)成過程發(fā)揮了關(guān)鍵作用。火星上的風(fēng)沙活動(dòng)在這層冰的上方逐漸堆積起厚厚的風(fēng)化層，形成了天然的"保溫棉被"，有效抑制了冰在漫長歲月中的完全升華。正因?yàn)橛羞@層覆蓋，才讓今天的祝融號還能在地下15米處探測到冰的殘留。研究還發(fā)現(xiàn)，這層冰的厚度在空間上分布不均勻，這說明它仍在緩慢退化，退化速度的差異可能與局部地形、覆蓋層厚度等因素有關(guān)。

這個(gè)模型的深刻之處在于，它把火星的水冰分布、軌道歷史、大氣演化和地表風(fēng)化過程連成了一條完整的邏輯鏈。它告訴我們，烏托邦平原現(xiàn)在的樣子，是火星氣候變遷幾億年的結(jié)果，而地下那層臟冰，是那段歷史留下來的最直接的實(shí)物記錄。

這塊臟冰能用嗎

發(fā)現(xiàn)中低緯度地下水冰，對未來的火星探測任務(wù)有直接的工程意義，而且這筆賬值得認(rèn)真算。從地球發(fā)射一公斤物資前往火星，按照目前最樂觀的估算，成本也在數(shù)萬美元量級。如果要把維持人類在火星生存所需的全部水資源從地球運(yùn)過去，這是一個(gè)在工程上完全不可行的方案。原位資源利用，也就是就地取材，是人類能夠在火星長期生存的唯一可行路徑，而水是其中最基礎(chǔ)、最不可或缺的資源，不只用于飲用，還用于生產(chǎn)推進(jìn)劑中的氫氣和氧氣、農(nóng)業(yè)灌溉和輻射防護(hù)。

祝融號發(fā)現(xiàn)的臟冰層位于地表以下約15米，技術(shù)上是可以鉆取的，這個(gè)深度對于工程開采并不構(gòu)成不可逾越的障礙。問題在于提取效率：臟冰意味著水冰和土壤、碎石混合，需要加熱分離，這個(gè)過程本身需要能源。在火星那種資源極度稀缺的環(huán)境下，如何高效地從臟冰中提取足夠的水，將是未來原位資源利用系統(tǒng)必須解決的核心工程問題之一。但有冰和沒有冰，是兩個(gè)完全不同的起點(diǎn)。

接下來再看看這個(gè)發(fā)現(xiàn)的地理位置，它具有特殊的選址價(jià)值。烏托邦平原是火星上最大的撞擊盆地，地形相對平坦，這是載人基地建設(shè)的理想條件；它位于中緯度，火星輻射環(huán)境比極區(qū)更好管理；地下冰層埋深15米，在可開采范圍內(nèi)。如果未來的火星載人任務(wù)選擇烏托邦平原作為著陸區(qū)域，這層臟冰將是整個(gè)任務(wù)最重要的原位資源儲備。

祝融號給我國火星探測打開了一扇窗

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是祝融號攜帶的次表層探測雷達(dá)（RoPeR）的科學(xué)成果，而這臺雷達(dá)是我國自主研制的載荷，搭載在我國自主研制的火星車上，落在我國自主選擇的著陸區(qū)。這幾個(gè)"自主"疊加在一起，不是套話，而是真實(shí)的科學(xué)主權(quán)。

此前關(guān)于火星中低緯度水冰的研究，主要依賴NASA的火星勘測軌道飛行器（MRO）和歐洲航天局的火星快車探測器獲取的遙感數(shù)據(jù)。軌道器從數(shù)百公里高空觀測火星，能看到地表形態(tài)，但看不透地下。祝融號是落在火星上的，它的雷達(dá)天線離地面只有幾十厘米，向下發(fā)射的電磁波可以穿透土層，直接測量地下結(jié)構(gòu)。這種"貼地探測"獲得的數(shù)據(jù)，是軌道器永遠(yuǎn)無法替代的。

從更長遠(yuǎn)的視角看，天問一號和祝融號是我國深空探測的第一章，而不是最后一章。天問三號火星取樣返回任務(wù)已經(jīng)進(jìn)入初樣研制階段，計(jì)劃2030年代前半段完成任務(wù)。屆時(shí)，祝融號雷達(dá)探測到的那層臟冰，將可能成為取樣目標(biāo)的參考依據(jù)，科學(xué)問題從"地下有沒有冰"進(jìn)化為"這里的冰是怎么形成的、保存了多少生命信息"，我國的火星探測鏈條將在科學(xué)上形成真正的遞進(jìn)關(guān)系。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)背后最深的問題是生命

說到最后，我想說一個(gè)在這次發(fā)現(xiàn)的新聞報(bào)道里被刻意低調(diào)處理、但實(shí)際上是整個(gè)火星探測最終動(dòng)因的問題：生命。水冰的存在，不直接等于生命存在，這一點(diǎn)需要明確。但水是已知所有生命形式的必要條件，而且在極端環(huán)境下，液態(tài)水可能存在于冰層附近的溫度梯度帶，這恰恰是地球上某些嗜極生物能夠生存的邊界環(huán)境。烏托邦平原地下冰層的發(fā)現(xiàn)，把"火星可能存在微生物"這件事從純粹的理論推測，向著"有了可探測的物理基礎(chǔ)"又推進(jìn)了一步。

當(dāng)然，從有冰到有生命，是一道橫跨無數(shù)未知的科學(xué)鴻溝。但火星探測的邏輯始終是這樣的：先找水，再找有機(jī)物，再找生命跡象，每一步都建立在上一步的基礎(chǔ)上。祝融號的臟冰發(fā)現(xiàn)，是這條鏈上非常扎實(shí)的一環(huán)，它把后續(xù)探測的科學(xué)價(jià)值具體化了，也讓天問三號取樣返回任務(wù)的選址決策有了更堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。

人類為什么要探索火星？因?yàn)槲覀冃枰溃谶@個(gè)宇宙里，生命究竟是一種偶然的孤例，還是只要條件合適就會出現(xiàn)的普遍現(xiàn)象。這個(gè)問題的答案，可能就藏在烏托邦平原地下15米那層滿是泥沙的臟冰里。一塊臟冰，裝著整個(gè)宇宙里最重要的問題之一。

數(shù)據(jù)來源：《Earth and Planetary Science Letters》（《地球與行星科學(xué)快報(bào)》）期刊《Evidence of shallow subsurface ice at Tianwen-1 landing site》，天問一號任務(wù)祝融號次表層探測雷達(dá)研究成果、中國國家航天局官方發(fā)布

作者簡介

蔣鵬飛，科普中國專家、中國科普作家、北京神飛航天應(yīng)用技術(shù)研究院副院長。長期從事商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)研制與航天科普工作，航天科幻圖書《你好人類：逆光行動(dòng)》作者，"蔣院長講航天"科普新媒體矩陣創(chuàng)始人，全國最具創(chuàng)新職工網(wǎng)絡(luò)達(dá)人、全國優(yōu)質(zhì)直播間、優(yōu)質(zhì)主播。在人民日報(bào)、頂端新聞、抖音、視頻號等20個(gè)平臺開設(shè)欄目，累計(jì)觸達(dá)受眾超1.5億人次。

編輯：航天知識局 審校：張麗