當(dāng)美國宇航局火星探測器洞察號(hào)的地震儀一直在耐心等待下一次大火星地震照亮其內(nèi)部并確定其火星地殼、地幔、地核結(jié)構(gòu)時(shí)，兩名科學(xué)家，東北大學(xué)的吉崎隆和馬里蘭大學(xué)的比爾·麥克多諾為火星建立了一個(gè)新的成分模型，其研究發(fā)表在《地球化學(xué)與宇宙化學(xué)學(xué)報(bào)》期刊上，他們使用來自火星巖石和軌道衛(wèi)星測量結(jié)果來預(yù)測其核幔邊界的深度，該邊界位于地表以下約1800公里處。

并能夠表明其核心含有適量的硫、氧和氫作為輕元素。吉崎隆解釋說：了解巖石行星的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以告訴我們形成條件、核心如何以及何時(shí)從地幔分離，以及從地幔中提取地殼的時(shí)間和數(shù)量。早期的天文學(xué)家利用行星及其衛(wèi)星的分離距離和軌道周期來確定這些天體的大小、質(zhì)量和密度。今天的軌道宇宙飛船提供了關(guān)于行星形狀和密度的更多細(xì)節(jié)，但其內(nèi)部的密度分布仍然未知。

行星的地震剖面提供了這一關(guān)鍵的洞察信息，當(dāng)?shù)卣鹫饎?dòng)行星時(shí)，聲波在其內(nèi)部以由其內(nèi)部成分和溫度控制的速度傳播。密度上的強(qiáng)烈對(duì)比，例如巖石和鋼鐵，導(dǎo)致聲波的響應(yīng)不同，揭示了核幔邊界深度和這些層可能組成的細(xì)節(jié)。到19世紀(jì)末，科學(xué)家們假設(shè)地球內(nèi)部有一個(gè)金屬核心，但直到1914年地震學(xué)家才證明，金屬核心在2900公里深的地方存在。

地震學(xué)家揭示了地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，這有助于定位震源和了解地震的性質(zhì)。阿波羅宇航員安裝的四臺(tái)月球地震儀，揭示了月球的核-地幔-殼結(jié)構(gòu)?；鹦?，第二個(gè)被探測次數(shù)最多的行星，在2018年年中從洞察號(hào)火星探測任務(wù)中收到了的第一個(gè)地震信號(hào)。行星的組成模型是通過將地表巖石、物理觀測和球粒隕石（行星的原始構(gòu)造塊）的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起而開發(fā)出來。

這些隕石是巖石和金屬的混合物，就像行星一樣，它們是由早期太陽星云吸積出來的固體組成。不同比例的鎂、硅和鐵的氧化物以及鐵和鎳的合金組成了這些固體。研究發(fā)現(xiàn)火星地核只有其質(zhì)量的六分之一，而地球的地核則是其質(zhì)量的三分之一。這些發(fā)現(xiàn)與火星比地球更多的氧原子、更小的地核和紅色表面是一致的。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)火星的揮發(fā)性元素豐度高于地球，例如硫和鉀，但這些元素的豐度低于球粒隕石。

當(dāng)探測到火星地核-地幔邊界的深度時(shí)，美國宇航局（NASA）火星探測器“洞察號(hào)”任務(wù)中的地震儀將能夠直接測試這個(gè)新火星模型?；鹦呛偷厍虻倪@種成分模型，為行星的起源和性質(zhì)以及它們的宜居條件提供了新線索。通過比較類地行星的組成模型，可以洞察產(chǎn)生行星規(guī)模相似和不同的物理化學(xué)過程。被廣泛接受的火星成分模型假設(shè)，火星中的Mn和更多難熔元素為CI球粒隕石，包括Fe、Mg和Si，它們和O一起占火星質(zhì)量的90%以上。

然而在對(duì)太陽光球和隕石組成理解上的進(jìn)步，對(duì)CI球粒隕石作為火星類似物的使用提出了挑戰(zhàn)，新的火星模型組成，避免了這樣的假設(shè)，并基于火星隕石和宇宙飛船的觀測數(shù)據(jù)，建模方法以前被用來預(yù)測地球的組成。該模型確定了塊狀硅酸鹽MARS(BSM)中難熔親石元素絕對(duì)豐度是CI碳質(zhì)球粒隕石的2.26倍。相對(duì)于這種球粒隕石成分，火星具有中等揮發(fā)性親石元素的系統(tǒng)耗竭，這是它們冷凝溫度的函數(shù)。

博科園｜www.bokeyuan.net

博科園｜研究/來自：東北大學(xué)

參考期刊《地球化學(xué)與宇宙化學(xué)學(xué)報(bào)》

DOI: 10.1016/j.gca.2020.01.011

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