火星表面的地形地貌特征是破译其地质历史、评估其生命存在潜力的关键线索。在众多复杂地貌中，广泛分布的多边形裂隙直接记录了该星球过去的地质活动与气候作用历史，引起了行星科学家的极大关注。然而，关于火星多尺度裂隙的成因机制始终存在广泛争议。这些多边形裂隙究竟是热收缩作用、火山活动还是液态水蒸发导致的龟裂？这一科学问题的答案直接关系到早期火星是否曾拥有适宜孕育生命的温暖湿润环境，以及随后经历了怎样的气候的演变历程。由于直接观测数据的匮乏以及火星表面复杂多变的环境条件，解开隐藏在龟裂背后的火星水文与气候密码面临着巨大挑战。
针对这一关键科学挑战，唐朝生教授团队自主研发了名为“Mars-CrackNet”的深度学习模型（图1）。为应对火星表面高分辨率标注图像极度匮乏的难题，团队创新性地引入了半监督学习框架。通过引入大量未标注的地球多尺度土体龟裂（EDCs）图像进行预训练，再利用少量标注的火星裂隙图像进行微调，该模型成功克服了跨行星数据域的差异，实现了对低分辨率火星图像中复杂裂隙网络的高效、精准提取。
图1 Mars-CrackNet深度学习模型
通过对提取出的裂隙骨架进行严格的几何与拓扑分析，研究团队首次在定量层面揭示了火星米级中尺度裂隙（MICs）与地球土体龟裂（EDCs）几何形态的高度一致性（图2）。在几何特征上，两者高度吻合：其裂隙交角均呈现典型的双峰分布特征（集中在80°-100°和170°-180°），裂隙分割比均呈现S型分布（集中在0.40-0.50之间），表明二者裂隙网络均以T型节点正交为主。在拓扑结构上，二者同样高度相似：拓扑空间映射结果显示，火星与地球的裂隙网络均紧密聚集在特定的符号平面区域，主要由T型节点以及四边形或五边形单元组成。这种在几何特征与拓扑结构形态上的高度相似性表明，尽管地球与火星在物质组成和空间尺度上存在差异，但这两种裂隙网络遵循着极其相似的形成与演化机制。
图2 典型EDCs和MICs的量化分析结果
该研究证实，研究区域内的火星表面中尺度裂隙与地球土体龟裂的典型特征高度吻合，表明该火星中尺度裂隙也是由于干旱气候条件下液态水蒸发导致的龟裂，而非热收缩或构造作用等其他机制。这一发现支持了火星早期“温暖湿润”假说，为早期火星表面曾存在显著的液态水活动提供了有力的新证据，同时也表明火星在其地质历史中曾经历过大规模的水分散失与极端干旱的气候转变。
该研究将地球科学积累的丰富知识与人工智能技术相结合，为探索地外行星的地质历史开辟了新途径（图3）。不仅如此，该研究揭示了火星表面中尺度裂隙的形成之谜，丰富了人们对火星水文历史和气候演化的认知，对评估其历史宜居性及指导未来火星探测任务具有重要科学价值。
图3 基于深度学习的MICs研究新范式
上述研究成果近期以“Drying induces Mars intermediate-sized cracks: New evidence and insight from geometrical quantification”为题，发表于行星科学领域主流期刊Icarus。pg电子官网博士后徐金鉴为论文第一作者，唐朝生教授为该论文的通讯作者，合作单位包括新加坡南洋理工大学、南京航空航天大学和哈利法大学。研究工作获得国家自然科学基金青A类延续（42525201）等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.icarus.2026.117026
图文：徐金鉴、唐朝生
审核：陈天宇
