火星乌托邦平原浅表层结构与水冰活动研究

📅 项目状态

Manuscript Under Review on Nature Geoscience (Jiang et al., 2024)

🌌 项目概述

火星的水环境演化是行星科学的核心问题之一。虽然火星表面目前呈现出极度干旱和寒冷的特征，但地质证据表明其早期曾存在广泛的液态水活动。本项目的核心目标是利用中国天问一号（Tianwen-1）任务获取的高分辨率原位探测数据，深入探究火星低纬度地区（如乌托邦平原）浅表层（Shallow Subsurface）的精细结构，并寻找现今环境下可能存在的水冰或液态卤水活动的地球物理证据。

🎯 主要研究方向

本项目致力于建立一套从雷达信号到地下物理属性的完整反演体系，主要涵盖以下三个研究方向：

1. 行星探地雷达信号处理与介电特性反演

利用祝融号火星车搭载的探地雷达（RoPeR）数据，开展地下介质的电磁特性研究。

• 噪声抑制与信号增强：开发针对火星复杂地形环境的雷达回波去噪算法。
• 物理参数提取：重点关注地下物质的介电常数（Permittivity）和损耗角正切（Loss Tangent）。这两个参数对水分含量和相态变化（如冰水相变）极其敏感，是识别地下水活动的关键“指纹”。

2. 火星浅表层多物理场耦合模拟

单纯的雷达观测难以解释复杂的地下动态过程。本项目结合火星气象站（MCS）记录的表面温度数据，构建热-液耦合模型。

• 热交换机制：研究在火星极端温差下，地下物质如何进行能量交换。
• 相变过程模拟：模拟在含盐条件下，地下水冰在火星可能发生的融化、渗透及再冻结过程，探索卤水在现今火星地下的稳定性。

3. 乌托邦平原的地质演化与沉积环境

结合雷达地层学数据，解译乌托邦平原南部的地质历史。

• 沉积层序分析：通过雷达剖面识别地下分层结构，反推古代洪水、海洋或冰川活动的沉积历史。
• 古大型洪水事件假说验证：探究该区域散落的沉积岩、板状岩石等地貌特征与地下水活动的潜在联系，为乌托邦平原洪水冲击沉积提供地球物理约束。