中国首次火星探测巡视器“天问一号”着陆区位于2021年5月15日成功着陆于火星乌托邦平原南部。乌托邦平原形成于诺亚纪，是火星北半球最大的撞击盆地，直径约为3200km（图1）。南部、西部和东部边缘分别与伊西斯平原和埃律西昂火山地区相接，形成了广阔平原区域。地形数据表明，火星北半球可能存在“古海洋”，乌托邦平原位于推测的古海岸线内，剖析着陆区的地形地貌、物质成分对探索其地质演化历史，验证火星“古海洋”假说具有重要意义。
中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室刘洋研究员团队综合运用多源遥感数据对着陆区开展研究，mola高程和粗糙度数据显示乌托邦平原地形平坦且缺乏明显撞击坑，揭示该盆地内部受到长期的改造和后期北方荒原（vastitas borealis formation，vbf）物质堆积。多种地貌特征指示乌托邦平原曾存在大量的水冰/挥发分，如图2所示，脊状地貌和凹锥主要分布于研究区西南部，壁垒撞击坑、薄饼撞击坑和被掩埋的鬼坑主要分布在中部，多边形槽聚集在东北部。此外，薄饼状溅射物远端部分严重退化，表明这些撞击坑是在含有大量挥发分的靶体中形成的。不同地貌特征的分布与其距离乌托邦平原中心的距离，即水/挥发分的含量有关。
通过撞击坑定年技术，研究区的绝对模式年龄分别为~3.45ga和~3.68ga。该研究并未在轨道光谱数据上识别到含水矿物，这可能与光谱数据覆盖有限、受沙尘覆盖有关。综合本研究和前人成果，图3归纳了着陆区的地质演化历史：（a）乌托邦平原形成于诺亚纪；（b）随后受到沉积和火山物质的改造和填充；（c）早西方纪火山物质填充于乌托邦平原；（d）中西方纪受构造作用形成皱脊；（e）晚西方纪洪水涌入；（f）洪水消失后的残余物质形成vbf；（g）受构造抬升或差异性的压实作用形成大型多边形槽沟；（h）亚马孙纪来自埃律西昂火山的熔岩流流入乌托邦平原。“祝融号”巡视器携带的光谱仪和探地雷达等多种载荷将开展就位探测，为探究着陆区的物质成分和浅表层结构、验证“古海洋”假说提供关键的数据支持。
该研究可以为“祝融号”火星车的未来探测规划和科学数据解译提供重要支撑，相关研究成果发表在icarus（doi：10.1016/j.icarus.2021.114657）上。研究工作得到民用航天技术预先研究项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金资助。
图1.“天问一号”着陆区及其周围地质图，“祝融号”（五角星）位于晚西方低地单元（修改自tanaka et al., 2014）。右下角mola全球高程图指示着陆区位于乌托邦平原南部低地，西临伊西斯平原，南接埃律西昂火山
图2.“天问一号”着陆区地貌填图
图3.“天问一号”着陆区地质演化历史示意图
研究团队单位：国家空间科学中心
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