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火星和地球一样有地震吗?NASA的洞察号将一探究竟

在丹佛(Denver)洛克希德.马丁公司太空系统部门(Lockheed Martin Space Systems)的无尘室内,工程师正在调整美国航太总署洞察号登

在丹佛(Denver)洛克希德.马丁公司太空系统部门(Lockheed Martin Space Systems)的无尘室内,工程师正在调整美国航太总署洞察号登陆器的太阳能板,当太空船降落在火星上时,看起来就会像是这个样子。 Photograph by Lockheed Martin, NASA, JPL-Caltech

美国航太总署的工程师正在无尘室内,为洞察号太空船任务进行组装和测试工作。此照片拍摄于2015年。 PHOTOGRAPH BY LOCKHEED MARTIN,

美国航太总署的工程师正在无尘室内,为洞察号太空船任务进行组装和测试工作。此照片拍摄于2015年。 PHOTOGRAPH BY LOCKHEED MARTIN, NASA, JPL-CALTECH

美国航太总署洞察号太空船的后壳,正往下降到登陆器上,发射时登陆器是折叠起来的。后壳和隔热罩共同组成太空船气体防护层,在太空船进入火星大气层时保护着陆器。 PHO

美国航太总署洞察号太空船的后壳,正往下降到登陆器上,发射时登陆器是折叠起来的。后壳和隔热罩共同组成太空船气体防护层,在太空船进入火星大气层时保护着陆器。 PHOTOGRAPH BY LOCKHEED MARTIN, NASA, JPL-CALTECH

在科罗拉多州的巴克利空军基地(Buckley Air Force Base)内,工作人员正将美国航太总署的洞察号太空船装进货机内,准备运往加州的范登堡空军基地。

在科罗拉多州的巴克利空军基地(Buckley Air Force Base)内,工作人员正将美国航太总署的洞察号太空船装进货机内,准备运往加州的范登堡空军基地。 PHOTOGRAPH BY LOCKHEED MARTIN, NASA, JPL-CALTECH

洞察号太空船在火星着陆后的样子。 PHOTOGRAPH BY LOCKHEED MARTIN, NASA, JPL-CALTECH

洞察号太空船在火星着陆后的样子。 PHOTOGRAPH BY LOCKHEED MARTIN, NASA, JPL-CALTECH

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:NADIA DRAKE 编译:林宇威):一艘最新的太空船──洞察号(InSight)才刚发射前往火星,将着手研究火星震的成因及规模大小。

地球上不时会有地震发生,在月球上也是如此,我们把月球上的地震称为「月震」。那么,在火星上呢?就叫「火星震」吧!但其实没人晓得这颗红色星球有多常发生火星震,规模又有多大?

但人类很快就会知道,这颗距离太阳第四近的行星究竟有多么「摇滚」。

美国航太总署(NASA)最新的火星探测太空船──洞察号,在太平洋时间5 月5 日星期六上午4 时5 分,从加州范登堡空军基地(Vandenberg Air Force Base)发射升空,这也是第一个从美国西岸发射的行星际探测器。洞察号将在太阳系中巡航六个月后,于 11 月 26 日与火星会合。

洞察号和许多先前的火星任务不同,并不会探索火星地表。而是顾名思义,往下深入「洞察」火星内部,试图研究火星从核心到外部运作的情形,这可以帮助我们了解更遥远的外星世界正发生些什么事情。

「行星内部所发生的事情,驱动了地表的地质活动,甚至是大气的演变,」美国航太总署喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的苏珊.斯穆瑞卡(Suzanne Smrekar)表示──她同时也是洞察号任务的副首席研究员,「我们需要了解行星的整体地质演化情形,才能知道这颗行星是否适合人类居住。」

「洞察号」会在哪里登陆?

在降落伞通过火星大气层后,洞察号太空船会降落在埃律西昂平原(Elysium Planitia)上。这个地方是经过特别挑选,因为此处地质活动较不明显,另一个原因是这里在赤道上,对以太阳能为动力的太空船来说,日照时间越长越好。

美国航太总署马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Flight Center)的雷尼.韦伯(Renee Weber)指出,「洞察号最主要的科学目标是行星内部的状况,因此太空船登陆点的地表看起来如何,并不是太重要。」

好吧,那洞察号之后要去哪呢?

哪里也不去。不像过去许多踉跄在火星表面漫游、越过干涸的湖床和陨石坑的探测车,这艘太空船只会停留在一个地方,基本上它的工作内容反而是要尽可能地保持静止不动,这样才能侦测火星本身的活动状态。

要如何才能轻松窥探行星内部呢?

确实,即使是对最具洞察力的太空船来说,要能穿透行星探索内部,也是非常棘手的。所以洞察号登陆器将仰赖好几种仪器,来窥探火星内部的情形。这些仪器包含探测深度在 3 到 5 公尺之间的探测仪,探测仪还能测量行星内部的热辐射。此外,登陆器上还有由法国国家太空总署(French national space agency)所打造的高敏感地震仪,能够探测极为微弱的火星地震。

韦伯表示,「这个地震仪太敏感了,即使是仪器零件在火星大气中移动,也会产生我们亟欲消除的噪音。」由于地震仪的灵敏度非常高,因此需要高真空密封的屏蔽,来消除因为风或其他火星地表事件所引起的振动,这些振动可能会让收集到的数据产生恼人的杂讯。先前由于真空室泄漏的缘故,太空船的原定发射日期延迟了 26 个月,不过现在任务团队非常确定,这个重要仪器已经准备就绪。

在火星待了几个月之后,洞察号会直接将地震仪放到火星表面,科学团队希望这样的仪器配置,能够避免 70 年代维京号(Viking)登陆器进行类似实验所造成的混淆问题。如果一切顺利,洞察号太空船的仪器将利用两个地球年──或大约一个火星年──的时间,来追踪火星的震动情形。

那么「火星震」是如何运作的呢?

这是个很好的问题。

地球上的地震是由板块造构活动(tectonic activity)所引起。其中大部分是因为地壳的巨大板块彼此错动、滑动或隐没到另一个板块下方,或是与火山有关的岩浆活动而产生的。但火星与地球不同,火星的地壳并没有破碎成好几个板块(或者至少目前没有这方面的证据)。

即便如此,火星的确有造构活动存在,这表示火星地壳有拱弯或褶皱所形成的断层,从内部升起的高温物质堆积形成太阳系最大的火山。像是塔尔西斯(Tharsis)火山,就已经存在了数十亿年之久。

斯穆瑞卡表示:「在我们的地球上,没有这种存在数十亿年的火山系统」(月球也没有板块构造,但仍然会发生月震。大部分的月震是由于月球上的潮汐力所引起,但有些是由陨石撞击造成。)

火星震有多大呢?

嗯,没人晓得。这项任务的主要目标之一,就是要弄清楚火星的造构活动有多活跃──火星震有多常发生?规模多大?成因又是什么?任务团队希望登陆器能测量到陨石撞击所产生的震动,就像是月球上那样。此外,还有行星冷却时所引起的火星震,甚至可能还有远处岩浆所发出的的隆隆震响。

「在大约 1600 公里外,过去的 100 万至 1000 万年间就有火山作用,」斯穆瑞卡表示:「以地质学的尺度来看,这就像是昨天才发生的。」

就像地球上的地震一样,我们会以规模来表示火星震的大小。但由于火星上的重力和岩石组成和地球不同,在火星上如果发生了规模 5 的火星震,我们的感受不会和地球上发生规模 5 的地震相同。

韦伯表示:「我们认为火星的地震活动可能介于地球和月球之间。」

为什么我们要关心火星震呢?

你不会想要在火星的熔岩管里建造房屋,然后在火星震发生时,熔岩管就有可能塌陷在你的头上,是吧?当然不会,但这样的场景很有可能在未来发生。

就目前而言,了解火星震荡发生的频率和规模,不仅能帮助解答火星构造的活跃程度,而且能提供关于火星演化的线索。同时,研究火星震能让任务团队直接测绘火星内部的情形。当震波行进时会穿过不同密度和组成的物质,有时还会在不同构造层的分界之间反弹。地震仪所接收到的震波,就携带了震波行进过程中所经物质的全部讯息。

「一旦我们能定位火星震事件,那就可以沿着震波路径了解行星结构,」韦伯这么解释:「真的!等洞察号抵达火星之后,我们所需要的就是记录火星震活动而已!」

只要科学家侦测到够多震波,解开震波所携带的讯息,就能够弄清楚火星地壳有多厚?火星的地函是否分层?火星的核心大小?火星核心是液体还是固体?在火星上的这些分层,并不像地球的分层一样被对流作用和板块活动混合。因此,科学家希望火星内部能将早期历史和组成的记录保留下来。

斯穆瑞卡表示:「我们试图了解的重要问题之一,是行星如何从熔融状态,演化为形成所有岩石行星都有的内层结构。」

就一艘太空船,能做这么多事吗?

听起来有点疯狂,对吧?不仅如此,洞察号的数据还有机会能与探测火星大气甲烷的轨道卫星资料结合。火星的甲烷来源成谜已久,不少人怀疑火星上的甲烷是由地质活动所产生──但也有可能是由生物过程产生的。斯穆瑞卡表示,如果火星微量气体任务卫星(ExoMars Trace Gas Orbiter),在洞察号侦测到造构活动的地区发现甲烷,那将会更支持甲烷的非生物起源理论。

洞察号太空船还携带了几台摄影机、无线电科学实验仪器、雷射复归反射器,几个气象感测器和其他的科学仪器。此外,洞察号还跟着一对立方卫星伙伴,在洞察号进入火星大气、下降和登陆时,讯息会藉由这两颗卫星传送回地球。

将来甚至还可能有个应用程式,通知地球人何时发生了火星震,那么受训将居住在火星上的太空人,就能够练习躲避和遮蔽。




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