天問一號巡視器“祝融號”著陸于火星烏托邦平原南部。“祝融號”搭載的低頻雷達（Rover Penetrating Radar，RoPeR）發現了著陸區的垂向分層結構，揭示了多期次與水活動相關的火表改造事件，為剖析火星地質演化和環境、氣候變遷提供了重要依據（Li et al., 2022）。沿著雷達車前進方向的地下結構的橫向變化同樣重要，可能反映了更加復雜的地質演化過程。然而，雷達反射圖像橫向變化特征較為微弱，難以有效識別和提取。

中國科學院地質與地球物理研究所火星雷達團隊聯合中國科學院空天信息創新研究院、成都理工大學、中國科學院地球化學研究所、中國科學院比較行星學卓越創新中心、中國科學院國家空間科學中心、中國科學院大學和河海大學等，通過對“祝融號”低頻雷達數據（圖1）進行頻譜分析，發現其反射特征存在許多分立的垂直低頻條帶。通過與火星地面現存的地貌特征進行對比，該研究認為新發現的結構可能是深埋在地下35米處的多邊形地貌（圖2）。該研究在1.2公里的行進距離內識別出16個多邊形楔體，這表明烏托邦平原地下可能廣泛分布著該類地貌。

該研究表明地下多邊形可能由火星早期的凍融循環產生（圖3）。研究顯示，在地下~35m深度以上和以下的結構存在顯著差異，表明在晚西方紀-早亞馬遜紀火星的水活動和/或熱條件發生了顯著變化，這意味著在中低緯度（～25°N）發生過強烈的古氣候變化，或與古火星軌道傾角變化有關。

相關研究成果發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上。研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院重點部署項目、地質地球所重點部署項目、國家航天局民用航天技術預先研究項目的支持。  

圖1. “祝融號”火星車著陸點和烏托邦平原多邊形地貌：（a）烏托邦平原地形圖，十字顯示的是“祝融號”火星車、“維京2號”火星車和“毅力號”火星車著陸點；黑色等值線是-4 km高程線；四處多邊形地貌的區域（圖1c-1f）用白色方塊標記；（b）“祝融號”火星車從Sol 11到Sol 113的行進路線；綠色線段表示從圖2（P1–P16）中識別出的地下多邊形的楔體，紫色線段表示多邊形的內部；（c-f）烏托邦平原內4個代表性的多邊形地貌，其位置如圖1a所示。

圖2. 低頻雷達數據時變平均頻率揭示的地下多邊形地貌：（a）壓制噪音后低頻雷達數據的時變平均頻率；綠色線段（P1-P16）表示地下多邊形之間的楔體；（b）沿35-65 m深度（觀察到的多邊形頂部和底部）累加時變平均頻率獲得的疊加振幅譜（黑色曲線）；（c）探測地下多邊形地貌的平面示意圖，箭頭表示火星車的行進方向，紫色表示多邊形的內部，綠色表示多邊形之間的楔體；（d）多邊形幾何特征定義的示意圖；（e）從圖b中識別出的多邊形直徑大小的直方圖；（f）地球和火星多邊形直徑大小對比分析。

圖3. “祝融號”著陸區多邊形地貌形成過程示意圖：（a）表面熱收縮開裂；（b）裂隙被水/冰和/或土壤材料填充，產生三種類型的多邊形地貌（冰楔、復合楔和沙楔多邊形）；（c）晚西方紀-早亞馬遜紀時期多邊形地貌停止發展；（d）多邊形地貌被后期覆蓋。