红色星球的解剖火星地震揭示内部

我们知道地球是由贝壳构成的：轻而坚固的岩石的薄壳围绕着厚重的粘性岩石的地幔，而地幔又包裹着一个主要由铁和镍组成的地核。地球上的行星，包括火星，被认为具有类似的结构。苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的科学家阿米尔汗说：“现在地震数据证实，火星在分裂成我们今天看到的地壳、地幔和地核之前可能曾经完全熔化，但这些与地球不同。”在苏黎世大学物理研究所。他与他的 ETH 同事 Simon Stähler 一起分析了来自 NASA 洞察号任务的数据，苏黎世联邦理工学院在 Domenico Giardini 教授的领导下参与了该任务。

火星上没有板块构造

研究人员发现，火星赤道附近探测器着陆点下方的火星地壳厚度在 15 至 47 公里之间。如此薄的地壳必定含有相对较高比例的放射性元素，这对之前关于整个地壳化学成分的模型提出了质疑。

在地壳下面是地幔，岩石圈更坚固，岩石圈深达 400-600 公里——是地球上的两倍深。这可能是因为火星上现在只有一个大陆板块，而地球有七个大的移动板块。“厚厚的岩石圈非常符合火星作为‘单板行星’的模型，”汗总结道。

测量结果还表明，火星地幔在矿物学上与地球上地幔相似。“从这个意义上说，火星地幔是地球地幔的简单版本。” 但地震学也揭示了化学成分的差异。例如，火星地幔含有比地球更多的铁。然而，关于火星地幔分层复杂性的理论也取决于底层核心的大小——在这方面，研究人员也得出了新的结论。

核心是液态的，比预期的要大

火星核心的半径约为 1,840 公里，比 15 年前计划洞察号任务时假设的要大 200 公里。研究人员现在能够使用地震波重新计算岩心的大小。“确定了核心的半径后，我们现在可以计算它的密度，”Stähler 说。

“如果核心半径很大，那么核心的密度必须相对较低，”他解释说：“这意味着除了铁和镍之外，核心还必须包含大量较轻的元素。” 这些包括硫、氧、碳和氢，并占出乎意料的大比例。研究人员得出结论，尚未完全了解整个行星的组成。尽管如此，目前的调查证实，即使火星不再有磁场，地核也是液态的——正如所怀疑的那样。

用不同的波形达到目标

研究人员通过分析由地震产生的各种地震波获得了新结果。“我们已经可以在洞察号数据中看到不同的波，所以我们知道这些地震震中在火星上离着陆器有多远，”贾尔迪尼说。为了能够说明行星的内部结构，需要在地表或地核处或下方反射的地震波。现在，研究人员第一次成功地观察和分析了火星上的这种波。

“洞察号任务是捕捉这些数据的独特机会，”贾尔迪尼说。当着陆器的太阳能电池不再能够产生足够的电力时，数据流将在一年后结束。“但我们还远远没有完成对所有数据的分析——火星仍然向我们展示了许多谜团，最显着的是它是否与我们的地球在同一时间形成并由相同的材料形成。” 了解火星的内部动力学如何导致其失去活跃磁场和所有地表水尤为重要。“这将使我们了解这些过程是否以及如何在我们的星球上发生，”贾尔迪尼解释说。“这就是我们在火星上研究它的解剖结构的原因。”