NASA探测器“洞察号”揭露火星内部结构的秘密

图像来源，NASA

自2019年初以来洞察号已探测到700多起火星上的振动。

科学家们称，他们现有一些绝对数据来描述火星的内部岩层结构。这些数据来自“洞察号”(InSight)探测器，自2019年初以来它一直在感知火星上的振动。

美国国家航空航天局主导这项任务，该任务显示火星地壳的平均厚度在24公里和72公里之间，比之前预期要薄一些。

但关键的发现是火星地核的大小，其半径为1830公里，处于此前预估值的顶端。

这是科学界第一次成功直接测绘除地球以外的行星的内部分层结构。此前科学家也在月球上做过类似的事情，但火星(总半径：3390公里)的规模要大得多。

有了这些信息，研究人员可以更了解不同行星体的形成和演变。

“洞察号”以地震学家研究地球内部分层的相同方式，即通过跟踪振动信号取得成果。

这些振动释放能量波，能量波的路径和速度变化将揭露所经岩石物料的性质。

美国国家航空航天局探测器部署的地震仪系统观察到数百次振动，在过去两年中，有少数振动具有恰好的特性可以视为火星的内部成像。

由法国和英国领导的仪器小组确定火星的坚硬外层地壳，在探测器的正下方有20公里或39公里厚(取决于位处的精确分层)。结合火星其他地方的已知表面地质推断到，平均厚度在24公里和72公里之间。相比之下，地球的平均地壳厚度为15-20公里。只有在喜马拉雅山这样的大陆地区，它才能达到70公里。

然而真正有趣的数字则是关于地核。从“火星震”上反弹至仪器的信号显示，从火星表面开始一路到约1560公里的位置是呈液体状态。之前的大多数估计认为火星的地核较小。

洞察号探测器于2018年发射到火星，于同年11月着陆。

任务小组说，从新的直接观测中得出两个有趣结果。

第一，已知的火星质量和惯性力矩意味着火星核心的密度将比以前预测的要小得多，而且火星的主导成分铁镍合金必然富含如硫这样质量较轻的元素。

第二个结果关乎地核和地壳之间的那一层：即地幔有关。这层现在比以前假设的要薄，并且似乎与地球不一样，这一层由石头组成而没有重大渐变。

根据火星已知大小，这个地幔极高度不可能达到让矿物里奇曼石变稳定的压力。

在地球上，这种坚硬的矿物覆盖着地心，减缓对流和热量的流失。因此火星形成早期，由于没有这种矿物导致温度的快速冷却。

最初这会允许金属核心的强烈对流和驱动全球磁场的发电机效应。但这当然现已不存在。如今在这颗行星上无法检测到全球磁场。

如果它存在的话，它将提供一些屏蔽以保护其表面免受从太空不断降下的破坏性辐射的影响，这些辐射使这个世界变得极其难以居住。

火星表面寒冷而干燥，并有辐射。

英国伦敦帝国学院的汤姆·派克(Tom Pike)教授是洞察号地震仪系统的主要研究者之一。他告诉BBC：“我们首次能用地震学来观察另一个星球内部，我们在火星上看到的是，我们有一个更大和比预期更轻的核心。这确实告诉我们很多关于这个星球在地质时期的演变信息。”

来自剑桥大学的桑尼·科塔尔(Sanne Cottaar)博士不在任务小组中。她将“洞察号”的结果描述为一种壮举，因为研究火星上发生的微小振动非常困难。它们从未超过4级，人类只有在震中几公里范围内才会注意到。

她说：“火星震非常、非常微弱。这比在地球上做地震学有挑战性得多。任务科学家们还不得不开发出洞察号探测器能使用的地震仪。因此看到这些数据，并且能用这些数据来观察火星内部结构，非常令人鼓舞。”

《科学》杂志的一系列学术论文发表了火星内部结构的细节。科塔尔博士的观点与他们一并发表。