蔣鵬飛|祝融號揭秘火星地下15米冰封奧秘

如果你把一根探針插進火星的土壤，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，但在行星科學界，這是一個足以讓研究者激動到睡不著覺的發現。

祝融號火星車搭載的次表層探測雷達（RoPeR），在烏托邦平原南部約15米深度探測到一層厚約7米的低損耗物質層，其介電性質與含水冰混合物高度吻合。結合數值模擬、頻率分析和光譜數據，研究團隊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。這個發現的真正價值，遠超一條科學新聞的邊界。它同時觸及了三個最根本的問題：火星過去有水嗎，現在有沒有，未來能不能用。

15米深的冰為什么比極地的冰更重要

在這個發現之前，科學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，這是探測衛星早就看到的。問題是，極地對人類太冷、太遠、太難抵達，既不適合建設未來的人類基地，也不是科學價值最高的探索目標。

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

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。此前在軌探測衛星已經發現這一區域存在大量可能指示古代水活動的特殊地貌，但"有沒有水"和"水在哪里、以什么形態存在"是完全不同量級的問題。祝融號的雷達數據，把這個問題從"有沒有"推進到了"在這里、就是這個樣子"，這才是真正的科學突破。

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。研究團隊提出的演化模型，讓這個發現的意義更加完整。火星的軌道傾角在歷史上并不固定，它會隨著引力擾動發生大幅度擺動。在軌道傾角較大的時期，太陽照射方向發生偏轉，中低緯度地區會出現更極端的季節性溫差，水冰有機會以霜或積雪的形式在這些區域大量富集。那些從極區升華遷移過來的水汽，遇到低溫就凝結，與火壤和塵埃混合，形成最初的"臟冰"層。

隨后，風成過程發揮了關鍵作用。火星上的風沙活動在這層冰的上方逐漸堆積起厚厚的風化層，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。正因為有這層覆蓋，才讓今天的祝融號還能在地下15米處探測到冰的殘留。研究還發現，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。

這個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，烏托邦平原現在的樣子，是火星氣候變遷幾億年的結果，而地下那層臟冰，是那段歷史留下來的最直接的實物記錄。

這塊臟冰能用嗎

發現中低緯度地下水冰，對未來的火星探測任務有直接的工程意義，而且這筆賬值得認真算。從地球發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過去，這是一個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、最不可或缺的資源，不只用于飲用，還用于生產推進劑中的氫氣和氧氣、農業灌溉和輻射防護。

祝融號發現的臟冰層位于地表以下約15米，技術上是可以鉆取的，這個深度對于工程開采并不構成不可逾越的障礙。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，這個過程本身需要能源。在火星那種資源極度稀缺的環境下，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必須解決的核心工程問題之一。但有冰和沒有冰，是兩個完全不同的起點。

接下來再看看這個發現的地理位置，它具有特殊的選址價值。烏托邦平原是火星上最大的撞擊盆地，地形相對平坦，這是載人基地建設的理想條件；它位于中緯度，火星輻射環境比極區更好管理；地下冰層埋深15米，在可開采范圍內。如果未來的火星載人任務選擇烏托邦平原作為著陸區域，這層臟冰將是整個任務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

這項發現是祝融號攜帶的次表層探測雷達（RoPeR）的科學成果，而這臺雷達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。這幾個"自主"疊加在一起，不是套話，而是真實的科學主權。

此前關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據。軌道器從數百公里高空觀測火星，能看到地表形態，但看不透地下。祝融號是落在火星上的，它的雷達天線離地面只有幾十厘米，向下發射的電磁波可以穿透土層，直接測量地下結構。這種"貼地探測"獲得的數據，是軌道器永遠無法替代的。

從更長遠的視角看，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已經進入初樣研制階段，計劃2030年代前半段完成任務。屆時，祝融號雷達探測到的那層臟冰，將可能成為取樣目標的參考依據，科學問題從"地下有沒有冰"進化為"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上形成真正的遞進關系。

這個發現背后最深的問題是生命

說到最后，我想說一個在這次發現的新聞報道里被刻意低調處理、但實際上是整個火星探測最終動因的問題：生命。水冰的存在，不直接等于生命存在，這一點需要明確。但水是已知所有生命形式的必要條件，而且在極端環境下，液態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境。烏托邦平原地下冰層的發現，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"又推進了一步。

當然，從有冰到有生命，是一道橫跨無數未知的科學鴻溝。但火星探測的邏輯始終是這樣的：先找水，再找有機物，再找生命跡象，每一步都建立在上一步的基礎上。祝融號的臟冰發現，是這條鏈上非常扎實的一環，它把后續探測的科學價值具體化了，也讓天問三號取樣返回任務的選址決策有了更堅實的科學依據。

人類為什么要探索火星？因為我們需要知道，在這個宇宙里，生命究竟是一種偶然的孤例，還是只要條件合適就會出現的普遍現象。這個問題的答案，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，裝著整個宇宙里最重要的問題之一。

數據來源：《Earth and Planetary Science Letters》（《地球與行星科學快報》）期刊《Evidence of shallow subsurface ice at Tianwen-1 landing site》，天問一號任務祝融號次表層探測雷達研究成果、中國國家航天局官方發布

作者簡介

蔣鵬飛，科普中國專家、中國科普作家、北京神飛航天應用技術研究院副院長。長期從事商業衛星系統研制與航天科普工作，航天科幻圖書《你好人類：逆光行動》作者，"蔣院長講航天"科普新媒體矩陣創始人，全國最具創新職工網絡達人、全國優質直播間、優質主播。在人民日報、頂端新聞、抖音、視頻號等20個平臺開設欄目，累計觸達受眾超1.5億人次。

編輯：航天知識局 審校：張麗