火星沙丘“发育不良”为哪般

火星恒河峡谷沙丘巢，形状类似新月形沙丘；火星水手峡谷的沙丘呈片状、新月形和网格状；火星海勒斯盆地的倾斜沙丘，是由障碍物下的风堆积形成的线形新月形沙丘。资料来源:美国航天局

火星总能唤起人们无限的遐想和探索。从小说和电影到*或私营企业的“火灾探测”计划，火星的关注越来越热。

在10月的前十天，我国首次公开了火星探测器的“真实特征”，表明我国的火星探测准备工作已经就绪。对此，太原师范大学副教授李纪岩表达了深深的情感:“当我还在攻读博士学位时，一位资深太空探索科学家曾透露，中国的火星探测器预计将于2028年发射。谁想到这个梦想会这么快实现！”

李纪岩的合作者、陕西师范大学副校长董志宝对这一消息感到非常兴奋，他率先在中国开展了火星沙尘暴地貌研究。相关成果将为中国火星探测奠定坚实基础。

我来自地球，沙尘暴来自火星

在经典科幻小说《沙丘》中，有一句流传很广的谚语:每当人类正视自己的渺小时，这就是他们自己的一大进步。

对外层空间的探索自古就有。在这些行星中，火星在地球上的受欢迎程度已经超过了离地球更近的金星，在现代，甚至有关于移民到火星的讨论。

为什么是火星？

金星实际上比火星热得多。它的表面温度超过400摄氏度，表面压力是地球的90多倍。再加上多年的强风暴和强酸雨的特点，探测器很难接近。由于距离和其他因素，其他行星更难探测。

火星表面环境相对“友好”:白天表面可达27摄氏度，也有流动的水，稀薄的大气有利于探索。这是火星更受欢迎的客观原因。

然而，中国对火星的探索和研究起步较晚。世界上最早的火星探测器于1964年成功发射，因此外国地质学家早在20世纪70年代就已经通过图像数据对火星地形地貌进行了研究。

董智宝告诉《中国科学新闻》，火星上的现代地表过程极其不活跃，没有强烈的大气对流，几乎没有流动的水。相关研究难以开展。风成地貌过程被认为是火星上最普遍、最活跃的现代地貌过程，是目前获取火星环境信息最可靠的基础之一。

鉴于中国幅员辽阔的干旱地区，董志宝一直从事沙尘暴物理和土壤侵蚀的基础研究。自20世纪末成为访问学者并在美国航天局相关实验室接触行星地貌学研究以来，他先后与国际同行和机构合作开展了一项最基础的空间研究。

火星沙丘地貌的首次分类

在缺乏对火星的现场研究的情况下，有必要在靠近火星表面环境的地区开展“类似火星”的研究。

2012年，董志宝团队申请国家自然科学基金重点项目“青藏高原及其邻近地区沙漠中的火星型沙尘暴地貌研究”。李纪岩在这方面正式与董智宝合作。李纪岩说:“尽管差异仍然很大，但青藏高原沙漠中的低温低压是地球上与火星最相似的地区。”相关成果为青藏高原沙漠的研究奠定了重要基础。

此外，更重要的研究方法是利用覆盖整个火星的高分辨率遥感影像，在地理信息系统软件的支持下，了解火星沙丘地貌的形态特征，挖掘沙尘暴地貌的含义。

陕西师范大学行星沙尘暴研究所执行主任吕萍在董志宝团队中负责沙丘形成与演化的动态过程的数值模拟与研究。

她介绍说，沙尘暴地貌一般分为两种类型:风蚀地貌和风成地貌。其中，风成地貌主要指各种类型的沙丘。沙丘与它们的发育环境有很好的对应关系，从中可以分析火星大气运动、地表过程、环境和演化历史等丰富的信息。例如，沙丘地貌的形态特征已经成为推断火星北极表面风场及其季节变化的基础。

董志宝、李超、吕萍等人在最近发表在《科学通报》上的《火星沙丘地貌形态调查》一文中首次提出了火星沙丘地貌的分类体系，指出火星沙丘地貌的类型与地球沙丘相似，但火星沙丘的规模小于地球沙丘，这与火星应有更大规模沙丘的理论相矛盾。

他们还发现火星沙丘类型简单，以新月形沙丘、新月形沙丘链和横向沙丘为主要类型，而复杂沙丘很少。占据地球上一半沙丘的线性沙丘，在火星上不到10%。

然而，由于地球沙暴地貌分类的复杂性和多样性，不同学者基于不同的考虑提出了十几个沙丘分类系统。

董志宝还提到，火星沙丘的形态参数之间的关系与地球和其他星球上的沙丘相似，但不同的相关性意味着相似的形成机制和不同的形成条件。这表明，研究地球上的火星型沙尘暴地貌，如青藏高原上的火星型沙尘暴地貌，是了解火星型沙尘暴地貌及其发展环境的有效途径

未解之谜

董志宝向《中国科学报》指出了一些未解之谜:火星沙丘地貌的简单性在一定程度上与青藏高原沙丘地貌相似，而青藏高原沙丘地貌的简单性与沙源不足和形成时间短有关。这个推论适用于火星吗？

火星上沙丘类型简单和规模小的两个特点表明沙丘地貌发育不充分。然而，火星沙丘地貌发展不足的原因是什么？发展历史是短暂的，还是不存在其他条件？这些都是值得进一步探索的问题。

然而，火星沙丘地形研究中的许多空白，如形成历史和控制条件，正是由于缺乏现场研究和样品分析造成的。目前，全球“火灾探测”项目正如火如荼地进行着，或许一个历史性的突破就在眼前。

李纪岩对中国在2020年发射火星探测器的计划有些兴奋:“过去，我们没有获得最新的第一手数据。我们只能跟进和研究国际同行“咀嚼”这种味道后发布的数据，这多少有些令人遗憾。”

为了解开这个谜团，满足未来人才的需求，陕西师范大学申请成立的行星沙尘暴科学研究所于今年9月成立，由董志宝担任所长。它培养遥感、地理信息、图像处理、物理学等领域的跨学科人才，致力于研究地球、火星、金星和土卫六等太阳系行星的风成过程，为了解地外行星环境及其演化提供证据。

董志宝说，研究火星沙尘暴地貌的下一步是建立火星环境的数学模型。通过连续演绎和反演，研究地球和火星上沙尘暴地貌的异同。随着中国国力的提高和“火探索”计划的推进，行星沙尘暴研究的方法和水平必将有所突破。当然，有待解决的科学问题也将得到提升。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1360/TB-2019-0168