美国国家航空航天局火星地震数据揭示了这颗红色星球内部的块状性质

科学家们认为，45亿年前，火星上发生了巨大的撞击，就像这位艺术家概念图中描绘的那样，撞击产生的碎片被注入了火星地幔深处。美国国家航空航天局的InSight着陆器在2022年任务结束前探测到了这些碎片。来源：uux.cn美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

（神秘的地球uux.cn）据美国国家航空航天局喷气推进实验室：影响火星的岩石物质散布在整个地幔中的巨大块状物中，为火星内部及其古老的过去提供了线索。

在火星表面深处探测到了45亿年前火星遭受大规模撞击后留下的碎片。这一发现得益于美国国家航空航天局现已退役的InSight着陆器，该着陆器在2022年任务结束前记录了这些发现。古老的撞击释放了足够的能量，将早期地壳和地幔的大陆大小的区域融化成巨大的岩浆海洋，同时将撞击碎片和火星碎片注入地球内部深处。

没有办法确切地说出是什么撞击了火星：早期的太阳系充满了一系列不同的岩石物体，其中包括一些如此巨大的原行星。这些撞击的残骸仍然以块状存在，直径达2.5英里（4公里），散布在整个火星地幔中。它们提供了一个仅在火星等世界上保存的记录，火星缺乏构造板块，这使得其内部不会像地球那样通过对流过程被搅动。

这位艺术家概念图中的火星剖面图（未按比例绘制）显示了古代撞击的碎片散布在火星地幔中。在左边的表面，流星体撞击通过内部发出地震信号；右边是美国国家航空航天局的InSight着陆器。来源：uux.cn美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

8月28日星期四，《科学》杂志发表的一项研究报告了这一发现。

该论文的主要作者、伦敦帝国理工学院的Constantinos Charalambous说：“我们以前从未见过如此精细和清晰的行星内部。”。“我们看到的是一个布满古老碎片的地幔。它们存活至今告诉，火星的地幔在数十亿年的时间里进化缓慢。在地球上，像这样的特征很可能已经在很大程度上被抹去。”

InSight由美国航空航天局位于南加州的喷气推进实验室管理，于2018年在火星表面放置了第一个地震仪。在2022年着陆器任务结束之前，这台极其灵敏的仪器记录了1319次火星地震。

美国国家航空航天局的InSight在2019年使用其机械臂上的相机拍摄了这张自拍照。着陆器还使用其手臂部署了任务的地震仪，其数据用于2025年的一项研究，该研究显示撞击在地球内部深处留下了大块碎片。来源：uux.cn美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

地震产生的地震波在穿过不同种类的材料时会发生变化，为科学家提供了一种研究行星体内部的方法。迄今为止，InSight团队已经测量了火星地壳、地幔和地核的大小、深度和组成。关于地幔成分的最新发现表明，InSight的数据中还有多少有待发现。

该论文的合著者、伦敦帝国理工学院的汤姆·派克说：“我们知道火星是一个时间胶囊，上面有它早期形成的记录，但我们没有预料到InSight能看得多清楚。”。

火星缺乏地震活跃地区许多人所熟悉的产生地震的构造板块。但地球上还有另外两种类型的地震也发生在火星上：一种是由岩石在高温和压力下破裂引起的，另一种是流星体撞击引起的。

根据今年早些时候发表在《地球物理研究快报》上的一篇论文，在这两种类型中，流星体对火星的撞击会产生高频地震波，这些地震波从地壳深处传播到地球的地幔中。火星地幔位于地壳之下，厚度可达960英里（1550公里），由坚硬的岩石组成，温度可达2732华氏度（1500摄氏度）。

新的《科学》论文确定了八次火星地震，其地震波包含强烈的高频能量，这些能量深入地幔，在那里它们的地震波发生了明显的变化。

派克说：“当我们第一次在地震数据中看到这一点时，我们认为减速发生在火星地壳中。”。“但后来我们注意到，地震波穿过地幔的距离越远，这些高频信号的延迟就越大。”

通过全球范围的计算机模拟，研究小组发现，只有当信号穿过地幔内的小而局部的区域时，才会发生减速和混乱。他们还确定，这些区域似乎是与周围地幔成分不同的物质块。

一个谜题解开后，团队专注于另一个谜题：这些肿块是如何到达那里的。

时光倒流，他们得出结论，这些团块可能是在太阳系早期撞击火星的巨型小行星或其他岩石物质，在深入地幔时产生了这些岩浆海洋，带来了地壳和地幔的碎片。

Charalambous将这种图案比作碎玻璃——一些大碎片和许多小碎片。这种模式与大量能量释放是一致的，能量释放将许多物质碎片散布在整个地幔中。这也很符合目前的想法，即在早期的太阳系中，小行星和其他行星体经常轰炸年轻的行星。

在地球上，地壳和最上面的地幔被板块构造不断循环，将板块边缘推入高温内部，在那里，通过对流，更热、密度更低的物质上升，更冷、密度更大的物质下沉。相比之下，火星缺乏构造板块，其内部循环要缓慢得多。Charalambous说，这样精细的结构今天仍然可见，“告诉我们，火星还没有经历过剧烈的搅动，可以消除这些结块。”

通过这种方式，火星可以指向其他缺乏板块构造的岩石行星（包括金星和水星）表面下可能潜伏的东西。

喷气推进实验室为美国国家航空航天局科学任务理事会管理InSight。InSight是美国国家航空航天局发现计划的一部分，由该机构位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理。丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造了InSight航天器，包括其巡航阶段和着陆器，并为该任务的航天器运行提供了支持。

包括法国国家空间研究中心（CNES）和德国航空航天中心（DLR）在内的多个欧洲合作伙伴为InSight任务提供了支持。法国国家空间研究中心与巴黎地球物理研究所的首席研究员一起向美国国家航空航天局提供了内部结构地震实验（SEIS）仪器。IPGP为SEIS做出了重大贡献；德国马克斯·普朗克太阳系研究所；瑞士苏黎世联邦理工学院；伦敦帝国理工学院和英国牛津大学；JPL。德国航天中心提供了热流和物理性质包（HP3）仪器，波兰科学院空间研究中心（CBK）和波兰Astronika做出了重大贡献。西班牙的天体生物学中心（CAB）提供了温度和风传感器。