洞察號在部署了地震儀后，于2019年初拍下了這張布滿灰塵的自拍?，F(xiàn)在它的太陽能板上已經(jīng)積累了更多灰塵。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）

自2018年登陸火星后，“洞察號”著陸器已經(jīng)進(jìn)行了超過500次火星震測量，為我們揭示出火星內(nèi)部的一系列構(gòu)造特征。就在本周，參與該項(xiàng)目的科學(xué)家稱，通過聆聽行星內(nèi)部地震波的回響，他們推算出火星核心的半徑約為1810-1860千米。與之前的預(yù)測相比，火星的核心半徑較大，密度偏低。這也是人類首次測出其他行星的核心大小。

撰文｜亞歷山德拉·維茨（Alexandra Witze）

翻譯｜王昱

審校｜吳非

此次公布的結(jié)果顯示，火星核的半徑在1810～1860千米之間，大約是地球的一半。這比一些先前的估計(jì)要大，意味著核心密度比預(yù)測的更低。因此，構(gòu)成火星核心的除了鐵和硫之外，一定還有更輕的元素，例如氧。在近期的月球和行星科學(xué)線上會議上，洞察號科學(xué)家在幾次報(bào)告中介紹了他們的測量過程和結(jié)果。

像地球和火星這樣的巖質(zhì)行星，都會被分成殼、幔、核這三層。知道這些圈層的大小，對于理解行星的形成和演化而言至關(guān)重要。洞察號的測量將會幫助科學(xué)家查明火星致密、富金屬的核心是如何在行星冷卻時(shí)，從巖質(zhì)地幔中分離的。而火星的核心，可能從它45億年前熾熱的誕生起，就一直保持著熔融狀態(tài)。

對比和差異

在此之前，在巖質(zhì)天體中，只有地球和月球的核心被科學(xué)家測得。如今加上火星的數(shù)據(jù)，能讓研究者比較、尋找其中的差異，解釋太陽系中行星的演化過程。與地球類似，火星曾經(jīng)擁有因?yàn)橐后w攪動(dòng)其核心而產(chǎn)生的磁場；但隨著時(shí)間的流逝，磁場急劇下降，導(dǎo)致火星大氣逸散到宇宙中，表面變得寒冷、貧瘠，和地球相比完全不適合生命生存。

3月18日，蘇黎世瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的地震學(xué)家西蒙·施特勒（Simon St?hler）在線上會議上預(yù)先錄制好的報(bào)告中公布了這一核心發(fā)現(xiàn)。施特勒表示，團(tuán)隊(duì)打算將該結(jié)果提交到同行評審的期刊上發(fā)表。

洞察號地震儀團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，法國巴黎地球物理研究所的菲利普·洛格農(nóng)（Philippe Lognonné）在另一場預(yù)先錄制的演講中說：“現(xiàn)在，我們有了抵達(dá)核心的深層結(jié)構(gòu)?！?/p>

該航天器花費(fèi)將近10億美元，2018年在火星降落，這也是人類首次研究這顆紅色星球的內(nèi)部。它的結(jié)構(gòu)與鳳凰號類似，用太陽能板供能。探測器著陸在火星赤道以北的埃律西昂平原西部。這里陽光充足、地勢低平，而且土質(zhì)細(xì)膩，是安全的著陸點(diǎn)，也適合安放地震儀。

洞察號結(jié)構(gòu)圖 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

為了滿足探測需要的精度，地震儀并沒有集成在航天器的支腳上，而是在探測器著陸后，由探測器的機(jī)械臂像“抓娃娃”一樣把它放到火星表面上的。地震儀聆聽著“火星震”，即火星上的地震。到目前為止，洞察號檢測到了500次左右的火星震，意味著這顆星球的震動(dòng)活動(dòng)比地球少，但仍然比月球活躍。洛格農(nóng)表示，大多數(shù)火星震都很小，但其中將近50個(gè)震級在2到4之間——強(qiáng)度足以提供星球內(nèi)部的信息。

洞察號安裝火震儀和保護(hù)罩過程實(shí)拍 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

正如地球上的地震儀一樣，洞察號通過研究震波在火星深層幔核邊界上的反射來測量火星核的大小。洞察號的科學(xué)家從這些來自深層的火星震波中獲得了足夠的信息，能夠計(jì)算核心邊界的深度，由此推測出核心的大小。火星震數(shù)據(jù)還表明，上層幔大約延伸到地表700到800千米以下，其中包含著一個(gè)增稠物質(zhì)區(qū)，火星震在其中傳播會減慢。

為了重建星球核心內(nèi)部的條件，其他的研究人員在高溫高壓下擠壓了不同元素的混合物。華盛頓卡內(nèi)基科學(xué)研究所的地球化學(xué)家埃德加·斯滕斯特拉（Edgar Steenstra）說：“洞察號對火星核心密度的估計(jì)符合很多基于實(shí)驗(yàn)室的估計(jì)?！?/p>

極端軌道

不過，洞察號可能沒有足夠的時(shí)間去取得新的發(fā)現(xiàn)了。洞察號在晴朗的天氣條件下能提供大約 600～700 瓦的電力，大約相當(dāng)于一臺家用攪拌機(jī)消耗的功率。但塵埃已經(jīng)覆蓋了它2米寬的太陽能板，降低了航天器的發(fā)電量?；鹦且苍诔x太陽最遠(yuǎn)的點(diǎn)移動(dòng)，這將進(jìn)一步限制航天器充電的機(jī)會。

“這將導(dǎo)致我們在接下來幾個(gè)月中減少儀器的使用?！蔽挥诩永Ｄ醽喼菖了_迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的洞察號項(xiàng)目科學(xué)家馬克·潘寧（Mark Panning）說。

今年1月，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)放棄了德國制造的熱流探測儀，它還擁有一個(gè)名為“鼴鼠”（mole）的昵稱，它本應(yīng)鉆入地下檢測熱流，但遇到了摩擦問題，無法埋到深處。而其實(shí)這種摩擦問題在探測器發(fā)射之前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了，但是因急于發(fā)射和一定的僥幸心理，問題并沒有被解決。

熱流探測器存在設(shè)計(jì)缺陷，無法鉆入地下 圖片來源：NASA

當(dāng)從白天進(jìn)入黑夜時(shí)，火星上會發(fā)生劇烈的溫度變化，反之亦然，這會在洞察號地震儀收集的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生噪聲，因?yàn)檫B接它和著陸器的線纜暴露在行星表面。因此，洞察號現(xiàn)在試圖將線纜埋到土里，試圖隔絕這些影響。

洞察號檢測到的地震大多發(fā)生在夜晚，因?yàn)榘滋斓娘L(fēng)會造成太多震動(dòng)，干擾地震信號。但最近著陸地點(diǎn)附近多風(fēng)的季節(jié)已經(jīng)結(jié)束。科學(xué)家團(tuán)隊(duì)期待在任務(wù)結(jié)束前，能在這陣新發(fā)現(xiàn)的窗口中盡可能捕獲更多地震信號。

原文鏈接：

https://www.scientificamerican.com/article/seismic-ripples-reveal-size-of-marss-core/

參考連接：

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-insight-s-mole-ends-its-journey-on-mars

https://mars.nasa.gov/news/8389/nasa-insight-team-on-course-for-mars-touchdown/?site=insight

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