科学家首次观察到地震波穿过火星的地核

艺术家描绘了火星的内部以及地震波穿过地核时所经过的路径。Credit: NASA/JPL and Nicholas Schmerr.

（神秘的地球uux.cn）据马里兰大学：科学家首次观察到地震波穿过火星核心，并证实了核心成分的模型预测。

一个包括马里兰大学地震学家在内的国际研究小组使用美国宇航局InSight着陆器获得的地震数据直接测量火星核心的属性，发现了一个完全液态的铁合金核心，含有高百分比的硫和氧。这些发现发表在2023年4月24日的《美国国家科学院院刊》上，揭示了火星如何形成的新见解，以及地球和火星之间的地质差异，这些差异最终可能在维持行星可居住性方面发挥作用。

论文第二作者、UMD大学地质学副教授维德兰·列基奇说:“1906年，科学家通过观察地震产生的地震波在穿过地核时如何受到影响，首次发现了地核。”“一百多年后，我们将地震波知识应用于火星。凭借洞察力，我们终于发现了火星的中心是什么，以及是什么让火星与地球如此相似却又如此不同。”

为了确定这些差异，该团队跟踪了火星上两次远距离地震事件的进展，一次是由火星地震引起的，另一次是由大撞击引起的，并检测了穿过行星核心的波。通过比较这些波穿过火星所需的时间与留在地幔中的时间，并将这一信息与其他地震和地球物理测量相结合，该团队估计了波穿过的物质的密度和可压缩性。研究人员的结果表明，火星最有可能有一个完全液态的内核，不像地球的液态内核和固态内核的组合。

尽管InSight任务的地震仪被几年的火星尘埃覆盖，但它能够从地球的远端捕捉地震事件的记录。美国宇航局的InSight火星着陆器使用其安装在着陆器上的仪器背景相机(ICC)获得了着陆器前方区域的这张图像。Credit: NASA/JPL-Caltech

此外，该团队还推断出了核心化学成分的细节，例如火星最内层存在惊人的大量轻元素(低原子序数元素)，即硫和氧。研究小组的发现表明，五分之一的核心重量是由这些元素构成的。这一高百分比与地核中相对较低的轻元素重量比例截然不同，表明火星地核的密度远低于地核，可压缩性更高，这一差异表明了两颗行星的不同形成条件。

“你可以这样想；行星核心的性质可以作为行星如何形成以及如何随时间动态演化的总结。论文的另一位合著者，UMD大学地质学副教授Nicholas Schmerr解释说:“形成和演化过程的最终结果可能是产生或缺乏维持生命的条件。“地球核心的独特性使其能够产生磁场，保护我们免受太阳风的影响，使我们能够保持水分。火星的核心不产生这种保护盾，因此火星的表面条件对生命不利。"

虽然火星目前没有磁场，但科学家们猜测，由于火星地壳中残留的磁性痕迹，曾经有一个类似于地球核心产生的磁场的磁屏蔽。列基奇和施默尔指出，这可能意味着火星逐渐演变到目前的状况，从一个可能适合居住的星球变成了一个令人难以置信的恶劣环境。根据研究人员的说法，内陆的条件在这一演变中起着关键作用，暴力冲击也可能起作用。

“在某些方面，这就像一个谜，”列基奇说。“例如，在火星的核心有少量氢的痕迹。这意味着一定有特定的条件允许氢存在，我们必须了解这些条件才能理解火星是如何演变成今天的星球的。"

该团队的发现最终证实了当前旨在揭示隐藏在行星表面下的地层的建模估计的准确性。对于像列基奇和施默尔这样的地球物理学家来说，这样的研究也为未来以地球物理学为导向的对其他天体的探险铺平了道路，包括金星和水星这样的行星。

“这是一项巨大的努力，涉及在地球上磨练过的最先进的地震学技术，结合矿物物理学家的新成果和模拟行星内部如何随时间变化的团队成员的见解，”布里斯托尔大学高级讲师、该研究的第一作者杰西卡·欧文指出。“但这项工作得到了回报，我们现在对火星核心内部发生的事情有了更多的了解。”

“即使洞察号任务在四年的地震监测后于2022年12月结束，我们仍在分析收集的数据，”列基奇说。“在未来的几年里，洞察号将继续影响我们对火星和其他行星的形成和演化的理解。”

（神秘的地球uux.cn）据台北市立天文科学教育馆网站（编译 吴典谚）：科学家首次观察到地震波穿过火星的地核，并证实了对火星地核组成模型的预测。

包括马里兰大学地震学家在内的一个国际研究小组，利用美国航天总署（NASA）洞察号火星探测器（InSight Mars Lander）获得的地震数据，得出火星地核的性质，发现了一个完全液态的铁合金核心，其中含有大量的硫和氧。这些发现已发表在《美国国家科学院学报》（PNAS）上，揭示了火星如何形成以及地球和火星之间地质差异的新见解，这些差异也可提供维持行星可居住性的线索。

该论文的第二作者、马里兰大学地质学副教授瓦登.莱基奇（Vedran Lekic）提到，有了洞察号，我们终于发现火星的中心是什么，是什么让火星与地球如此相似却又如此不同。

为了解其中差异，研究小组追踪了火星上的两次地震事件，一次是由地震引起，另一次是由大型撞击引起，并探测到了穿过火星地核的地震波。藉由比较地震波在火星内部传播的走时差异，并与其他地震和地球物理测量结果相结合，结果显示，火星很可能有一个完全液态的地核，不像地球是液态外核和固态内核的组成。

此外，还推论了火星地核化学成分的细节，比如火星最内层存在大量的轻元素（原子序数低的元素），即硫和氧，并占地核质量的20%。这一高百分比与地球地核中相对较小的轻元素占比大相迳庭，意即火星地核的密度远低于地球地核，更易于压缩，此差异表明两颗行星的形成条件不同。

虽然火星目前没有磁场，由于火星地壳中残留的磁性痕迹，科学家认为火星曾经有一个类似于地球的磁场。意味着火星是逐渐演变到目前的状况，从一个潜在的适居环境转变为一个令人难以置信的恶劣环境。根据研究人员的说法，内部条件在这种演变中起关键作用，或是巨大撞击也可能造成影响。

莱基奇提到，即使洞察号任务在经过四年的地震监测后于2022年12月结束，我们仍在分析所收集的数据，洞察号将继续影响我们对火星和其他行星形成和演变的理解。