世界首幅火星風沙地貌圖。

太陽系內幾個星球上的沙丘。A. 地球阿拉伯半島魯卜哈利沙漠的復雜線形沙丘，B. 火星尼利環形山沙地——火星流動性最大的沙地之一的新月形沙丘，C. 金星福爾圖娜-麥什凱奈沙地緩慢變化的沙丘，D. 土星最大的衛星——土衛六貝萊特沙地的線形沙丘，E. 丘流莫夫-格拉西緬科彗星哈皮地區的類沙丘地貌格局，F. 冥王星斯普特尼克平原疑似沙丘地貌特征。

董治寶教授（右）與團隊成員在我國沙漠區做試驗觀測。

董治寶教授（前排右二）與研究團隊在沙漠科學考察中。圖片均由陜西師范大學行星風沙科學研究院提供

未來人類真的可移民火星嗎？

2020年7月23日，“長征五號”遙四運載火箭將中國首個火星探測器“天問一號”送上太空。2021年5月15日，“天問一號”成功著陸紅色星球。

“天問一號”飛向火星的第一步是中國人邁向更遠深空的關鍵一步。

在太陽系內的所有天體中，目前人類最有可能移民的就是火星。

“和地球一樣，火星主要是由硅酸鹽巖石構成，有類似地球的固態巖石表面，屬于‘類地行星’家族一員。” 陜西師范大學副校長董治寶教授介紹，“特別是目前從拍攝的火星地貌影像視頻和照片可看到，火星基本上如地球上的沙漠區域地貌。為此，研究火星的演化歷史首先可以從研究地球上沙漠形成演化入手。”

2023年1月6日下午，冬日暖陽下，寒假中又臨近春節的位于西安市長安區的陜西師范大學長安校區內顯得格外寂靜，遠眺正南方的終南山，在有些霧霾與黃土塵埃的天氣中，各種地貌特征若隱若現。《中國科學報》專訪了還在進行科研工作的陜西師范大學行星風沙科學研究院，采訪報道他們解讀火星環境及其演化歷史的相關科研成果。

以教授董治寶為學術帶頭人的陜西師范大學行星風沙科學研究院成立于2017年，是世界第一個關于地外行星風沙問題的專業研究機構。但董治寶對火星風沙地貌的關注可追溯至上世紀90年代末，從那時起，他就一直用研究地球沙漠之鑰解讀火星環境及其演化歷史。

“這是增強信心的一個好消息，2022年12月28日我們團隊獲得國家自然科學基金專項重點項目‘火星代表性風沙地貌橫向沙脊的地貌學特征及其環境指示意義 ’資助。”可以感到董治寶還沉浸在獲得項目支持的喜悅中。

據了解，近年來，陜西師范大學行星風沙地貌學研究團隊先后承擔國家自然科學基金重點項目“青藏高原及其鄰近地區沙漠中的類火星風沙地貌研究”、國家自然科學基金青年科學基金項目“釘狀沙丘的形成演化及其與發育環境的關系”“ 雅魯藏布江谷地與火星水手大峽谷爬坡沙丘的對比研究”等。

“火星雖然與地球十分相似，但是就目前已知的火星環境，還遠不能滿足人類基本的生存需求……”董治寶強調說，“盡管如此，人們仍對火星研究充滿興趣并為之著迷。”

令人著迷的火星地貌之謎

“我最初研究火星地貌得益于行星地質學和行星風沙地貌學的先驅Ronald Greeley教授給予的研究啟蒙。” 董治寶回想說。

1996年11月，正值美國宇航局開啟第二次火星探測高潮之際，在美國農業部風蝕研究站作訪問學者的董治寶前往亞利桑那州立大學地球與空間探測學院拜見Greeley教授，聆聽這位世界權威專家暢談火星風沙地貌與行星地貌，深深地為他對行星風沙地貌的興奮和執著所感動。

回國后，他就不遺余力地在各種學術會議或論壇上倡導中國的行星風沙地貌研究。可是受限于當時我國的綜合國力與科技實力，學術界還未有對火星地貌等科學問題研究的氛圍。 如同火星對我們來說遙不可及。

正所謂“為伊消得人憔悴”，但“衣帶漸寬終不悔”，作為第三世界科學院院士、中國科學院蘭州沙漠研究所原所長、研究員朱震達的碩士、博士，董治寶繼往開來，在不斷研究我國沙漠及世界沙漠取得創新成果特別是在風沙物理學理論研究方面取得進展的同時，他仍持續關注火星的國際研究動態。

在踏遍地球上沙漠之后，董治寶對探究火星風沙地貌及其形成、演化問題的興趣更加強烈。

他雖然對火星風沙地貌進行了長期思考，也常常有“山重水復疑無路”之感。2011年他申報的 “青藏高原及其鄰近地區沙漠中的類火星風沙地貌研究”項目獲得了國家自然科學基金重點項目資助，迎來“柳暗花明又一村”，點燃了火星風沙地貌研究的“星星之火”。

研究火星地貌有何意義？

人類之所以偉大，是因為人類不斷探索大自然和浩瀚宇宙奧秘及提出人類來自何方，又向何處去等等問題，進而通過科技創新創造解答這些問題的工具和手段，最后完美地科學合理解釋相關奧秘現象或利用其更好地為人們生活服務。這是董治寶研究火星地貌等課題的意義。

“火星是當前深空探測和行星科學的熱點，已有近60年的探測研究歷史。雖然火星探測內容復雜多樣，探測重點不斷調整，但理解火星系統、理解火星演化特別是宜居性的長期演化則是主要探測目標，亦即火星的現在和過去。” 董治寶介紹。

董治寶進一步講述，我們之所以能夠對地球系統有深入的理解是因為有遍布全球觀測網的直接觀測。對于火星系統的理解，直接的觀測目前僅是針對個別要素和極個別地點，基于地理相關的代用指標所蘊含的信息，即使是蛛絲馬跡的信息也是非常珍貴的。

“火星風沙地貌研究的意義在于提供火星系統及其演化的重要線索。”

這是因為，首先風沙地貌過程是火星最活躍的現代表面過程，代表火星大氣圈、巖石圈、土壤圈、乃至水圈（冰凍圈）的相互作用，所以風沙地貌蘊含火星現代環境的豐富信息；其次，火星地層中保存的古沙丘和古沙丘巖是火星歷史時期百萬年乃至億年和十億年時間尺度上風沙活動的記錄，蘊含火星演化的信息。

在董治寶看來，“火星風沙地貌研究能夠為實現火星的總體探測目標做出重要貢獻。”

研究火星地貌取得成果有何？

陜西師范大學行星風沙研究院博士拓宇介紹：“董老師時常提醒我們，作為中國最早的火星風沙地貌研究者，我們負有開辟新領域，引領未來研究的責任和義務。”

“可以說，這方面的研究工作，我們是從零開始，首先立足于最基礎的工作，在遍覽與火星風沙地貌有關的成果與資料，梳理火星風沙地貌的特點與規律基礎上，于2020年出版了《火星風沙地貌圖》，這是世界首幅以展示火星風沙地貌為主要內容的專題地圖。”拓宇介紹。

據了解，該地貌圖的出版填補了火星專題圖出版的空白，為中國火星科學研究和比較行星研究提供了重要的基礎資料，為中國火星風沙地貌學研究的發展奠定了堅實的基礎。《火星風沙地貌圖》獲得中國測繪學會“裴秀獎”金獎。

團隊成員教授呂萍介紹：“我們關注火星風沙地貌突出特點，發表了一系列總結性論文，形成了指導中國火星風沙地貌研究和啟發中國火星探測的重要認識。”

該研究院借鑒地球風沙地貌的多個分類方案，充分考慮到火星風沙地貌的特殊性，特別是與地球風沙地貌的差異，提出火星基于控制沙丘地貌形態的主要環境因素、動力學因素、以及形態學特征的三級沙丘地貌分類方案，包括24種類型，形成火星風沙地貌類型與形態學特征理論體系。

“與地球相比，火星沙丘地貌類型和形態明顯簡單。” 董治寶指出，“首先火星沙丘幾乎全部為簡單沙丘，未見復合沙丘或復雜沙丘。而在地球上的主要沙漠則均有相當面積的復合和復雜沙丘。如塔克拉瑪干沙漠的復雜線形沙壟，巴丹吉林沙漠的復合橫向沙山，魯卜哈利沙漠的復合新月形沙山，和納米布沙漠的復合橫向沙山等。”

“其次，在地球上，由于植物的存在，很多沙漠或沙地發育固定沙丘和半固定沙丘，如毛烏素沙地、渾善達克沙地和澳大利亞的多個沙漠。所以，在地球上廣泛發育的灌叢沙丘和拋物線沙丘等沙丘地貌類型在火星上不存在。”

“第三，火星風沙地貌類型顯示以簡單風況環境為主。單一風向形成的新月形沙丘和新月形沙丘鏈占51%、格狀沙丘占23%、楔形沙丘占9%，這三類最基本的簡單沙丘合占83%。在地球上，線形沙丘是主要沙丘地貌類型，約占50%，而在火星上僅占8.8%。地球上不重要的格狀沙丘卻在火星上占23%。”

另外，火星沙丘地貌規模小。如火星風沙地貌分布區的總面積約100萬平方千米，遠小于地球的800多萬平方千米。董治寶進一步補充。

“考慮到火星全球極端干旱氣候，且干旱歷史相當久遠，其風沙地貌分布區的面積確實是太小了。這是一個值得思考的問題，可能與火星演化歷史和現代表面過程有關。”

“火星風沙地貌分布零散，各分布區的面積小，罕見像地球上的若干大沙漠。”

據了解，他們在火星沙丘地貌分布規律和研究火星風沙地貌的重要方法方面都取得了一些重要成果，開啟人們對火星此方面的新認知并引起人們的極大興趣。

火星風沙地貌研究得到的幾點重要啟示

通過火星風沙地貌研究，董治寶他們已經獲得了以下幾方面的重要啟示。

一是，風對地貌的塑造作用遠比我們想象的深遠。人們已知風與水是塑造地球景觀的兩大流體，但人們對風如何塑造地貌的理解遠不及對水的作用的理解，可以說，人們對風力作用的理解和研究被嚴重地忽視了。

“風沙地貌過程是火星最活躍的現代地貌過程，火星風沙地貌成為風沙地貌學最活躍的研究領域。” 董治寶強調。

二是火星風沙地貌的沙源限制型假說。火星沙丘地貌分布規律表明，其與地球最突出的不同在于控制火星沙丘地貌分布的主導因素不是氣候，而是松散沉積物。

“地球沙漠可以稱之為氣候控制型。相反，火星寒冷干燥環境的歷史久遠，風沙地貌發育以及沙漠和沙地的分布受松散沉積物的豐富程度的控制，即有松散沉積物的地方就有風沙地貌發育。所以，火星沙漠和沙地可以稱之為沉積物控制型。”

董治寶認為，在風沙地貌形成的兩個基本條件中，地球和火星各顯其一，這導致了沙丘地貌相反的分布規律。地球沙漠主要分布在副熱帶高壓控制下的低緯度地區和中緯度的溫帶干旱區，而兩極和高緯度地區風沙地貌極少。然而，火星沙漠沙地則主要分布在兩極和高緯度地區，中低緯度地區很少。

三是關于火星沉積物豐富度的思考。董治寶認為，火星為何缺乏松散沉積物是值得研究的大科學問題，這不僅是理解風沙地貌必須的，而且提供了認識火星環境與演化歷史的重要線索。

“火星現在是一個沉寂的星球，所有地表過程都極為緩慢。雖然風沙地貌過程是主要的現代表面過程，但其強度遠比地球弱。火星地表的風化物有限，以至于不能形成較大的沙地，更不用說茫茫沙海。所以，水不但是探測生命的重要線索，而且也是認識火星表面過程的關鍵因素。”

“火星沙丘地貌的分布特征與規律為認識火星流水作用范圍和程度提供了重要啟示。”在董治寶看來，“至今我們人類對火星的了解還非常有限。”

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