揭示地球内部结构用了数百年,而揭示火星内

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一个像乌龟一样蹲坐在火星表面探测器，为我们提供了这颗红色星球内部结构全面的成像数据信息。

火星洞察号着陆器测量了大约次地震，并使用了其中35次的信息，形成了地壳、地幔和地核的图片。这是第一次使用地震数据来探测地球以外行星的内部，也是了解太阳系中岩石行星演化的重要一步。

这些地震揭示了火星地壳和地幔的厚度和结构，以及一个大得惊人的低密度液态核。结果已在《科学》杂志上发表的三篇论文中有所描述。

“这项研究是千载难逢的机会，”瑞士苏黎世联邦理工学院的行星地震学家西蒙·斯塔勒（SimonSthler）说，“科学家们花了数百年的时间来测量地球的核心；在阿波罗任务之后，他们花了40年的时间来测量月球的核心。洞察号只用了两年就测量了火星的核心。”

地震是非常奇妙的事情，真的。它们从震源发出地震波，通过行星、月球或恒星传播，并在震源周围剧烈晃动地表。这些地震波通过某些物质传播和反射的方式使地震学家能够绘制宿主物体的内部图。

直到最近，人们才认为火星在地质上并不特别活跃。它没有构造板块，而是一个离散的地壳层。虽然有古老的火山区，但尚未观察到新的火山活动。它也没有全球磁场，在地球上，全球磁场是由地球熔融的地核所产生的——一种内部旋转、对流和导电的流体（核心），它将动能转化为磁能，将磁场旋转到太空中。

然而，最近的观察表明，这颗红色星球并没有我们想象的那么死。有火山活动的迹象，并且，在年4月，洞察号从火星内部探测到了它的第一次隆隆声——最终确认这是地震的直接证据。

从那时起，已经对多次地震进行了编目——其中大约35次足以进行地震测绘，我们知道，使用洞察号具有一定的局限性：在地球上，地震测绘是使用多个监测站进行的，而洞察号只有一个探针。

“地震产生的直接地震波有点像我们在山上高声呐喊产生的回声，”法国巴黎大学的行星地震学家菲利普·洛格诺内（PhilippeLognonné）解释说。

“正是这些从地核、地幔界面甚至火星表面反射的回波，在众多信号中寻找到真正地震波信号，这要归功于它们与直接波的相似性。”

从外到内，第一篇论文根据洞察号站点的地壳厚度描述了火星地壳的厚度。他们发现，平均而言，地壳的厚度在24到72公里（15到45英里）之间，并且至少由两层组成。

研究人员发现，最上层呈现出多孔性，着陆点的地壳出乎意料地薄。这表明地壳中放射性元素的比例很高，这意味着我们可能误解了以前模型中火星地壳的成分。

“地震学可以测量的主要是速度对比。这些是地震波在不同物质中传播速度的差异，”德国科隆大学的布里吉特·克纳普迈尔-恩德伦（BrigitteKnapmeyer-Endrun）说，“与光学非常相似，我们可以观察到反射和折射等现象。关于地壳，我们还受益于地壳和地幔由不同的岩石组成的事实，它们之间的速度跳跃很大。”

论文对地幔进行了探测，发现它由单层岩石组成，固体岩石圈延伸至公里。这与大约公里厚的地球岩石圈形成鲜明对比。然而，两个岩石圈可能都有一个较低的区域，在那里物质开始有点熔化，并缓慢移动。

与地壳一样，火星的地幔也可能富含放射性元素。

“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。”苏黎世联邦理工学院的地球物理学家阿米尔汗说，“厚厚的岩石圈非常符合火星作为‘单板行星’的模型。”

最后，第三篇论文探讨了火星核心及其边界。首先，研究人员发现火星的地幔可能只有一层，而地球的地幔有两层。

其次，火星地核比我们之前想象的要大得多，半径约为1,公里，超过了火星半径（3,公里）的一半，比想象的还要大公里。

地震数据还表明岩心是液态的，尽管更大的尺寸表明它的密度比以前认为的要低。这意味着除了铁和镍之外，火星地核可能还含有较轻的元素，如硫、氧、碳和氢，这对地核-地幔边界的矿物学有影响。

这些信息可以帮助我们弄清楚火星是如何失去行星发电机和全球磁场的——这些信息反过来又可以帮助我们更好地了解行星发电机和磁场。

“洞察号任务是捕捉这些数据的独特机会，”苏黎世联邦理工学院的地震学家和地球科学家多梅尼科·贾尔迪尼（DomenicoGiardini）说，“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，最明显的是它是否与我们的地球形成于同一时间，由相同的物质构成。”

这三篇论文已发表在《科学》杂志上。