美國太空總署(NASA)研究人員周四(7月22日)表示,他們已經繪製了火星內部地圖,利用NASA火星洞察號探測器( InSight Lander,著陸器)收集的地震數據,揭示火星是一顆具有熔融核心的行星,其大小和成份令人大吃一驚。

火星內部地圖是人類有史以來繪製的第一張另一顆行星的內部地圖,顯示火星內部結構與地球內部結構截然不同。火星有更厚的地殼和更薄的地下幔層,以及比研究人員預期的更大、密度更小、液體更多的核心。

科學家們表示,周四發表在《科學》雜誌上的三篇論文描述了研究人員的發現,表明火星形成於地球之前數百萬年,當時太陽仍處於從一團發光氣體中的凝結過程中。

使用地震數據評估火星內部結構

「當我們十多年前第一次開始梳理這項任務的概念時,這些論文中的信息正是我們希望最終得到的信息。」洞察號首席研究員、美國太空總署南加州噴氣推進實驗室的布魯斯·班納特(Bruce Banerdt)說,「這代表了過去十年所有工作和思慮的高潮。」

NASA耗資8.28億美元打造了洞察號探測器,洞察號於2018年降落在火星赤道沿線名為Elysium Planitia的平坦平原上。隨後探測器使用法國製造的地震儀窺探火星內部結構。這些儀器捕獲了數百次火星地震的詳細信息,包括地震發生的方式。

使用地震數據幫助研究人員根據地震波在穿過行星不同材料(例如岩石與液體)時移動的速度,來評估火星每一層的結構。

火星不同的地震運動模式幫助研究人員了解並繪製了這顆紅色星球的各個層次。

火星上的地震被稱為「火星地震」(marsquakes),非常豐富,洞察號記錄了733次不同震顫的數據。其中大約只有35個數據被NASA納入發表的論文中。

「這項研究是千載難逢的機會。」核心論文的主要作者、瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Simon Stahler說,「科學家們花了數百年的時間來測量地球的核心;在阿波羅任務之後,他們花了40年的時間來測量月球的核心。洞察號只用了兩年時間就測量了火星的核心。」

英國劍橋大學地震學家桑娜·科塔爾(Sanne Cottaar)在談到這項新研究時說:「它為我們提供了第一個像地球這樣的岩石行星內部樣本,它由相同的材料製成,但非常非常不同。」「令人印象深刻。」

2019年4月25日,洞察號在火星上。(NASA)
2019年4月25日,洞察號在火星上。(NASA)

一窺火星的內部結構

科學家們從這些數據和進一步研究中了解到,火星在由圍繞太陽運行流星物質和太空塵埃組成的過程中,變得更加溫暖。與地球類似,火星也有自己的地殼、地幔和地核。

新發現顯示,火星的核心半徑接近1,137英里(1,830公里),大約延伸到行星表面的中間。科學家們了解到,熔融的核心並不是很緻密,很可能是含有氫、氧、碳和硫等輕元素的混合物。包裹在核心周圍的是一個相對較薄的地幔,可能僅由兩到三個岩石層組成。

研究發現,地幔的頂部是異常厚實和堅硬的上地幔和地殼外殼,稱為岩石圈。科學家們說,岩石圈似乎比地球上類似的地層厚兩到三倍,地殼本身的厚度在14到44英里(24到72公里)之間。

研究人員希望探測到更大的地震

洞察號的地震監測發現,火星上一個名為Cerberus Fossae的區域火山活躍,在過去幾百萬年裏可能會噴出熔岩流。

到目前為止記錄的火星所有地震活動中,NASA科學家們還沒有看到任何超過4.0級的地震。更大的地震可以為研究人員提供更多數據,並幫助他們進一步了解火星。

「我們仍然希望看到大的(地震)。」美國太空總署研究火星地​​殼論文另一位主要作者馬克·潘寧(Mark Panning)說,「我們必須進行大量仔細的處理,才能從這些數據中提取出我們想要的東西。更大的(地震)活動會讓這一切變得更容易。」

科學家們說,火星非常穩定,以至於洞察號的感應器能​​夠檢測到來自數千公里外斷層的微小顫抖。「這證明了火星的寧靜。」潘寧說,「在地球上你永遠不會那麼安靜,因為無論你走到哪裏,海洋總是發出震動的噪音。」#

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