地球“極客”勇探火星
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凌晨兩點的會議室，喝光的咖啡杯在會議桌上圍了一圈，計算機屏幕的光照著十幾雙**的眼睛。長時間盯著計算機的眼睛有些干澀，但圍桌而坐的人頭腦卻很興奮：邊研讀文獻，邊討論怎么有效提取數據，解碼火星環境。
“那段時間真是跟打仗一樣。”回憶起近四年前的火星科學任務攻關經歷，陳凌仿若歷歷在目。
2021年5月，我國**火星探測任務天問一號攜帶的“祝融號”火星車，足跡烙在火星烏托邦平原的紅土上，吹響了**人用自己的深空探測裝置研究火星的“集結令”。陳凌等來自**科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱地質地球所）、**科學院**天文臺（以下簡稱國臺）的科學家們也投身其中。
他們從“地球科學極客”化身“星際解密人”，紛紛拿出看家本領，通過“多兵種聯合作戰”，用**自主數據刷新了對火星環境演變的認知，以系列突破性成果斬獲2024年度**科學院杰出科技成就獎。
火星北半球。圖片來自：**航天局/**天文臺供圖?
用“絕活”刷新認知
火星與地球是太陽系宜居帶“唯二”的行星，從高山峽谷到四季變化，在太陽系行星內與地球共性最多。這顆紅色星球上是否存在生命？這個謎題令人心馳神往。要解開它，火星水活動、磁場變化等信息是重要線索。
然而，一直以來，科學界對火星水活動和磁場的認知卻存在矛盾。
科學界普遍認為：火星在距今約36億年前存在大量水活動，此后迅速衰減，并在約30億年前幾乎消失；而火星內部磁場約在40億年前消失，后在39億年前被重新磁化，并在約37億年前再次消失。
“從過去的認識來看，磁場會保護水，磁場消失之后水也會逃逸。火星磁場反而比水要消失得更早，這不合理。”陳凌說。
矛盾背后的原因是什么？陳凌和合作者組成多學科融合的“星際戰隊”，采用雷達探測、地貌分析和磁場測量等**手段，構建了“地下-地表-空間”三位一體的協同體系，研究火星多時間尺度環境演變。
面臨我國**火星探測任務中的重重難題，他們紛紛拿出“絕活”，各展神通，拿下火星研究的三個“****”。
擔任火星地下結構探測組組長的陳凌是一名“行星CT學家”，曾創新地震成像方法解析地球大陸內部、邊緣造山帶等區域的深部精細結構。她的“搭檔”地質地球所研究員張金海是一名探**達“密碼破譯師”，長期處理和分析嫦娥探月工程相關數據。他們聯手突破了行星雷達弱信號提取、高精度成像和建模仿真等系列難題，讓雷達信號不再因為火星表面碎石塊干擾成為“近視眼”，“**”揭示了火星淺表80米內的分層結構。這些創新方法證實：火星在35億-32億年前曾發生大型洪水活動，16億年前仍有小型洪水事件，將火星水活動時間延長了近14億年。
張金海憑借著對雷達信號的敏銳“洞察力”，進一步察覺到在30-80米深度還存在結構的橫向變化。他與陳凌等分析證實，這種結構橫向變化反映了埋藏在地下的古多邊形地貌特征，是32億-16億年期間火星發生長時間氣候干濕、冷暖變化的見證。
在火星地貌研究方面，地質地球所研究員秦小光和國臺研究員劉建軍組成黃金搭檔。秦小光是一名古環境“偵探”，曾分析過數萬個地球沉積物樣品，擅長通過微觀特征還原古環境變遷。劉建軍是一名“行星數據守門人”，從嫦娥一號至今，帶隊建立了載荷地面驗證、行星環境模擬、載荷在軌定標等一系列保證數據真實性和有效性的方法。他們的合作“**”了用火星沙丘了解水活動的新方向。
秦小光仍記得那個激動人心的時刻：2021年，在**天文臺運控大廳與劉建軍等一起查看“祝融號”傳回的照片時，一張多光譜照片讓他的大腦突然“轟”了一下，他趕緊喊道“停一下”！
憑借在羅布泊沙漠工作20多年的經驗，秦小光敏銳地注意到沙丘上一些特征——多邊形龜裂、帶狀痕跡和膠結的團粒，極可能是水留下的“指紋”。后續研究證實，火星在距今140萬-40萬年間仍存在由大氣降霜降雪形成的周期性水活動，這是人類**發現火星現代水循環的直接證據。
在另一項突破性“姊妹”研究中，劉建軍和秦小光還通過分析2000多個沙丘的遙感圖像，發現火星在距今約40萬年前曾發生“冰期-間冰期”全球性氣候轉變，為火星氣候模擬提供了重要約束。
火星磁場探測則面臨更嚴峻的挑戰——火星車行駛時的干擾信號比有效磁場信號強一萬倍，猶如“在搖滾演唱會現場聆聽針尖落地”。地質地球所研究員杜愛民是火星磁場“捕手”，作為研制"祝融號"磁場探測儀的負責人，創新性地采用雙探頭設計和旋轉測量的獨特信號分離技術，成功捕獲到火星弱磁場信號——約10納特斯拉，僅為此前衛星磁測模型預測值的1/10，相當于地磁場的五千分之一。
研究表明，火星早期磁場發電機在36億年前驟降，并持續維持著弱磁場狀態，就此提供了火星由強變弱長期水活動過程的磁場約束機制。
這些系統性突破不僅刷新了人類對火星環境演化的認知，更在行星科學領域鐫刻下鮮明的“**印記”。
"祝融號”火星車。圖片來自：**航天局/**天文臺供圖?
“刀尖舔血”的日子
“陳凌他們啊，那真是拼了命在干！”獲獎消息傳來時，地質地球所的同事們無不感慨。這番評價并非溢美之詞。
2021年8月10日，地質地球所召開**火星探測任務科學研究動員會。會后，該所當天成立了7個任務組——涵蓋火星地質、物質成分、地下結構、磁場、空間環境、宜居要素、地質工程等多個研究方向。
“動員會就像‘發令槍’。”陳凌回憶道，“所里一聲令下，我們所有人都放下手頭工作，集中精力專攻這一件事。這是**科學院的特色優勢。”
攻關時刻，他們不僅拿出看家本領，還拿出了性命在拼。
火星雷達信號分析堪稱“在刀尖上跳舞”。“我們不僅要與時間賽跑，更要確保每一個數據處理的環節都萬無一失。”張金海坦言，“這項研究承載著**榮譽，容不得半點差錯。”
為了攻克技術難關，研究團隊常常通宵達旦。在最開始的信號破譯階段，張金海與博士生李超**"**接力"工作法：兩人輪班倒，確保24小時不間斷攻關。經過72小時連續奮戰，嘗試各種可能以后，終于找到突破口。為了完善信號處理流程，陳凌又帶隊團隊連續攻關46天，高強度的工作讓他們的生物鐘都失調了——有時興奮到極點，睡不著覺；有時剛睡兩三個小時，就起來接著干。通過無數次頭腦風暴，他們**確立了13個關鍵步驟的標準處理流程，成功破解了火星雷達的“密碼語言”。
長期超負荷工作讓他們中一些人的身體亮起紅燈。2022年春節剛過，秦小光在論文投稿后沒幾天，突感呼吸困難，就醫后被直接送進ICU——肺動脈血栓一旦發作，搶救時間不超過5分鐘。此后，團隊副研究員王旭突發腦血栓導致半身不遂，吳海斌也因心臟問題接受了支架手術。
“沒什么后悔的。”回憶起那段刀尖舔血的日子，秦小光語氣平靜地說。秦小光今年63歲了，干了40多年的研究，最近做完手頭的項目，即將把辦公室還給所里。“也要給年輕人讓位子。”他說，“以后可以在家里干，給學生打打下手，發揮余熱。”
這樣的拼搏不止是攻關科學任務那段時間，甚至在天問一號任務發射前早已開始。作為**火星探測任務地面應用系統總設計師，劉建軍為了保證數據的可靠性，帶領團隊冒著嚴寒或熱浪，把載荷設備帶到冰川、火山、沙漠等各種極端環境中檢測。
“火星探測中還有許多無名英雄。”研究團隊說，“這次獲獎是對我們過去努力的認可與鼓勵，更是對未來的鞭策。”
火星多時間尺度環境演變團隊。圖片來自：**航天局/**天文臺供圖?
科學與工程的“雙向奔赴”
**火星探測任務取得一系列突破性成果，離不開科學與工程的"雙向奔赴"。“從載荷設計到載荷運行，從就位探測到數據分析、科學問題的解譯，這一系列研究實現了工程技術與科學研究的緊密銜接。這不僅對行星研究至關重要，也為地球上其他領域的研究提供了協作攻關的新模式。”陳凌說。
這種協同合作模式的成功，離不開地質地球所與**天文臺的精心策劃。劉建軍回憶，任務攻關期間，**火星探測任務**科學家潘永信院士、總工程師張榮橋、副總設計師研究員李春來、**科學院院士郭正堂等科學家多次在國臺運控大廳展開深入交流，搭建起科學與技術溝通的橋梁。
"在探索未知領域時，科研人員都懷有極大熱情。但只有通過強**的組織，才能將這些熱情轉化為實實在在的成果。"秦小光說。
劉建軍（左二）、李春來（右二）等在接受《**科學報》采訪。馮麗妃攝“雙向奔赴”的精神還體現在具體實踐中。劉建軍告訴記者，"祝融號"火星車最初的探測計劃中，并未包含對火星沙丘水活動的研究。經過科學團隊與工程人員數十次的討論，**確定了物質成分探測儀1.5米的**工作距離，既確保了數據準確性，又避免了火星車陷入沙丘的風險。
“我國深空探測事業正在實現從‘工程抵達’到‘科學**’的歷史性跨越。”劉建軍說，“如今，我們的工程技術能力越來越強，已經能夠支撐更復雜的科學目標。”
特別是在我國深空探測領域仍然面臨國外技術封鎖等**大環境下，多位科學家指出，科學研究和工程技術之間更需要緊密的合作，相互支持，共同攻克難題。
“有人覺得做科研辛苦且競爭激烈，但我覺得，我們這一代人何其有幸，趕上了**科技發展的黃金時代，這是千載難逢的歷史機遇。”張金海動情地說。
從2008年開始謀劃火星探測到2020年天問一號成功發射，**僅用一項任務就達成了歐美數十年才完成的“繞、著、巡”目標。展望未來，**深空探測宏偉藍圖已在眼前：天問二號探測器將執行小行星采樣返回任務，天問三號將實現火星采樣返回，嫦娥七號和嫦娥八號將開展科學探測和資源開發利用驗證試驗，推動**月球科研站的建設……這一系列壯舉將帶領**深空探測科技邁向新高度。
“正如**總書記所說，‘偉大事業，始于夢想、基于創新、成于實干’。”劉建軍呼吁青年科學家接過接力棒，敢挑戰難題，甘坐“冷板凳”，厚積薄發。
“**深空探測的前景光明，我們還有很多事情要做，要向著更遠的星辰大海不斷邁進。”陳凌充滿期待地說道。
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