火星地震揭示这颗红色星球的放射性远比我们想象的要强

美国宇航局的“洞察号”着陆器于 2018 年首次登陆火星，它配备了一系列仪器，帮助地球上的科学家对火星进行全面检查。“洞察号”的一个主要传感器是自 20 世纪 70 年代的“海盗号”着陆器以来第一个测量火星脉动的地震仪。

大约花了一年的时间，但该探测器在 2019 年初开始探测到所谓的火星地震。现在，基于 InSight 地震数据的三项不同研究（均于昨天发表在《科学》杂志上）让我们前所未有地了解了我们的行星邻居的内部。

通过对大约 10 次火星地震的测量，以及通过火星陨石和其他火星数据获得的火星岩石知识，研究小组能够推测出有关这颗红色星球结构和演化的新知识。一项研究侧重于寻找火星地壳的大小和特征，一项研究侧重于寻找地幔（或中间层），另一项研究侧重于寻找火星地核。

火星地幔研究的主要作者、苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的地球物理学家阿米尔汗 (Amir Khan) 说，这些火星地震的震级仅为 3 到 4 级，因此如果发生在地球上，几乎感觉不到。

“这些东西真是太神奇了，”澳大利亚科廷大学和行星科学研究所的天体地质学家格雷琴·贝尼迪克斯说，她没有参与这项研究。她说，这是一个好兆头，尽管三个团队是分开行动的，但他们对火星的图景却趋于一致。贝尼迪克斯研究过火星陨石，并使用机器学习来研究行星表面的演变。

发现的惊喜之一（或非火星发现？）是火星拥有一个出乎意料的大核心；其半径位于科学家先前估计的上限。该星球的液态金属核心实际上始于距地表约 1500 公里处，刚好位于火星中心的一半处，这使得铁和镍核心比科学家在任务开始时认为的更大，但密度也更低。

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另一项研究确定了火星岩石圈的厚度——火星上较冷、较脆的顶部，包括地壳和地幔较冷的外部部分——作者认为其厚度约为 400 至 600 公里。相比之下，尽管地球要大得多（实际上是火星直径的两倍），但地球岩石圈从上到下的平均厚度仅为 100 公里左右。

研究人员利用 InSight 地震仪的数据得出了这一结论，该地震仪主要捕捉地震产生的两种不同类型的波。它们是 P 波，即最先出现且传播速度最快的一次波；以及 S 波，即二次波，传播速度较慢，但​​会造成我们在地震期间想到的真正破坏。

P 波传播的方式类似于压缩的弹簧玩具，沿着传播的方向挤压和拉伸地面，而 S 波则垂直于传播方向传播，就像海浪一样。

但岩石学家 J. Brian Balta（研究岩石起源及其成分的地质学家）表示，这些波在不同地形中的传播方式并不相同。Brian Balta 也隶属于行星科学研究所，但未参与这项研究。过去十年来，Balta 一直在研究火星陨石，以此了解火星。

巴尔塔说：“当你的地震仪器足够灵敏时，你就能分辨出直接朝你袭来的 S 波和先从别的东西上“反弹”的 S 波，甚至是先从两个东西上反弹的 S 波之间的区别。这有助于构建地下图像。

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波在穿过较热的地下区域时也会传播得更慢，这可以让研究人员了解火星下方放射性物质的丰富程度。

汗说：“我们的研究结果表明，火星地壳中产热放射性元素的含量比研究人员之前利用卫星数据确定的含量高出 13 到 20 倍。”

岩石行星内部的热量来自不同的来源。巴尔塔说，一些热量是行星形成时遗留下来的，但相当一部分热量也是由行星内部缓慢衰变的放射性同位素产生的。

火星地震的起源地似乎是塞伯鲁斯凹陷，这是火星表面的裂缝集合，研究人员在 5 月份发现了可能存在近期火山活动的迹象。巴尔塔表示，这两个事实都告诉我们“塞伯鲁斯凹陷可能是火星上最近活动的一个地点，而且这两项测量结果都与这一说法相符。”

与此同时，数据继续传回地球，为我们提供了更多关于火星内部运作的线索。“每天都会探测到新的火星地震，”汗说。