科学家首次探测到穿过火星核心的地震波

科学家首次观察到穿过火星核心的地震波，并证实了模型对核心成分的预测。

一个包括马里兰大学地震学家在内的国际研究小组使用宇航局洞察号着陆器获取的地震数据直接测量火星核心的特性，发现了一个硫和氧含量高的完全液态铁合金核心。这些发现于 2023 年 4 月 24 日发表在国家科学院院刊上，揭示了关于火星形成方式以及地球和火星之间地质差异的新见解，这些差异最终可能在维持行星宜居性方面发挥作用。

“1906 年，科学家通过观察地震产生的地震波如何受到穿过地核的影响，首次发现了地核，”该论文的第二作者、 UMD 地质学副教授Vedran Lekic说。“一百多年后，我们将地震波知识应用于火星。借助 InSight，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又截然不同。”

为了确定这些差异，该团队跟踪了火星上两个遥远地震事件的进展，一个是由火星地震引起的，另一个是由大撞击引起的，并检测到穿过行星核心的波。通过比较这些波穿过火星与停留在地幔中的波所花费的时间，并将这些信息与其他地震和地球物理测量结果相结合，该团队估计了波所穿过的物质的密度和可压缩性。研究人员的结果表明，火星很可能拥有一个完全液态的核心，这与地球的液态外核和固态内核不同。

此外，该团队还推断出有关核心化学成分的详细信息，例如火星最内层中存在数量惊人的轻元素(原子序数低的元素)，即硫和氧。该团队的研究结果表明，核心重量的五分之一由这些元素构成。这一高百分比与地核中轻元素相对较小的重量比例截然不同，表明火星核心的密度远低于地球核心，可压缩性更高，这一差异表明两颗行星的形成条件不同。

“你可以这样想;行星核心的特性可以作为关于行星如何形成以及它如何随时间动态演化的总结。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，”UMD 地质学副教授Nicholas Schmerr解释说，他是该论文的另一位合著者。“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，让我们能够保持水。火星的核心不会产生这种保护盾，因此行星的表面条件不利于生命存在。”

虽然火星目前没有磁场，但科学家推测，由于火星地壳中残留的磁迹，火星曾经存在类似于地核产生的磁场的磁屏蔽。Lekic 和 Schmerr 指出，这可能意味着火星逐渐演变成目前的状况，从一个具有潜在宜居环境的行星变成了一个极其恶劣的行星。据研究人员称，内部条件在这种演变中起着关键作用，暴力影响也可能如此。

“在某些方面这就像一个谜题，”莱基奇说。“例如，火星核心中有微量的氢。这意味着必须有某些条件允许氢存在，我们必须了解这些条件才能了解火星如何演变成今天的行星。”

该团队的发现最终证实了当前模型估计的准确性，该模型估计旨在揭开隐藏在行星表面下的层。对于 Lekic 和 Schmerr 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(包括金星和水星等行星)的探索铺平了道路。

“这是一项巨大的努力，涉及在地球上磨练的最先进的地震学技术，结合矿物物理学家的新成果以及模拟行星内部随时间变化的团队成员的见解，”杰西卡指出Irving是布里斯托大学的高级讲师，也是该研究的第一作者。“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了解。”

“尽管 InSight 任务在经过四年的地震监测后于 2022 年 12 月结束，但我们仍在分析收集到的数据，”莱基奇说。“InSight 将在未来几年继续影响我们对火星和其他行星形成和演化的理解。”