初探火星内部结构

初探火星内部结构

Nature自然科研,美国国家航空航天局(NASA)的“洞察号”(InSight)任务终于探测到火星内部了,并发现了火星壳可能有三层。这是科学家首次直接探测到地球以外行星的内部,将帮助研究人员阐明火星的形成和演化。

此次任务前,研究人员只测量过地球和月球的内部结构。在2020年12月15日召开的美国地球物理联合会线上会议上,播放了德国科隆大学地震学家Brigitte Knapmeyer-Endrun事先录制的一段讲话:“以前没有火星的这些信息,但现在有了。”她拒绝了《自然》的采访请求,表示这项工作已提交给一本同行评议期刊。

这是洞察号的一个重大发现。洞察号于2018年在火星着陆,目标是探索火星的内部结构[1]。洞察号着陆器降落在火星赤道附近的埃律西昂平原(Elysium Planitia)上,它利用一个非常灵敏的地震仪来监听火星下涌动的地质能[2]。迄今为止,这项任务已经探测到超过480次“火星震”,任务首席科学家、美国加州喷气推进实验室的科学家Bruce Banerdt说。火星震不如地震来得多,但比月震多。

和地震学家在地球上的做法一样,他们正在利用火星震绘制火星的内部结构。火星震的能量通过两种波在地下传播;通过测量这些波的运动差异,研究人员便能计算出火星核、火星幔、火星壳的起点和终点,以及它们的大概构成。那些基础的地质层可以揭示火星在几十亿年前太阳系诞生的炽热环境下是如何冷却并形成的。现在,“我们有了足够数据,可以开始回答其中的一些重大问题了。”Banerdt说。

地球的大陆地壳基本可以分成不同岩石组成的不同亚层。虽然不确定,但研究人员曾怀疑火星壳也是分层的,美国得克萨斯州的月球与行星研究所行星地质学家Justin Filiberto表示。如今,洞察号的数据显示,火星确实有两层或三层。

三层的火星壳最符合地球化学模型[3]以及有关火星陨石的研究,英国开放大学行星科学家Julia Semprich说。

火星壳的厚度不是20千米就是37千米,取决于它究竟是两层还是三层,Knapmeyer-Endrun在她的演讲中说。火星壳的厚度可能在不同的位置不一样,但平均厚度可能不会超过70千米,她补充道。地球海洋下的地壳厚度大概在5千米到10千米之间,大陆下的地壳厚度大概在40千米到50千米之间。

在接下来的几个月里,洞察号的科学家计划公布在火星更深处采集的数据,Banerdt说,这些测量数据最终会揭示关于火星核和火星幔的信息。

除了监听火星震以外,洞察号的另一个重大科学目标是利用名为“鼹鼠”(mole)的探针来探测火星地下的热流。这个探针本来应该把自己深埋在土壤里,但好像有点费劲,甚至曾经整个都跑到地面外了。现在,该探针已经设法把自己埋到了几厘米深的地方,Banerdt说,在接下来的几周内,这个探针将在放弃前做最后的努力——尝试再挖一次。“目前的阶段在我们看来已经是游戏的最后了。”他说。

参考文献:
1. Knapmeyer-Endrun, B. & Kawamura, T. Nature Commun. 11, 1451 (2020).
2. Banerdt, W. B. et al. Nature Geosci. 13, 183-189 (2020).
3. Semprich, J. & Filiberto, J. Meteorit. Planet. Sci. 55, 1600-1614 (2020).

本文来自Nature自然科研,本文观点不代表沙鸥科报立场,转载请联系原作者。

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