洞察號(hào)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(hào)”著陸器已經(jīng)進(jìn)行了超過500次火星震測(cè)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(cè)相比，火星的核心半徑較大，密度偏低。這也是人類首次測(cè)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(cè)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(huì)議上，洞察號(hào)科學(xué)家在幾次報(bào)告中介紹了他們的測(cè)量過程和結(jié)果。

像地球和火星這樣的巖質(zhì)行星，都會(huì)被分成殼、幔、核這三層。知道這些圈層的大小，對(duì)于理解行星的形成和演化而言至關(guān)重要。洞察號(hào)的測(cè)量將會(huì)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(duì)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(cè)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(chǎng)；但隨著時(shí)間的流逝，磁場(chǎng)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(huì)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(píng)審的期刊上發(fā)表。

洞察號(hào)地震儀團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者，法國(guó)巴黎地球物理研究所的菲利普·洛格農(nóng)（Philippe Lognonné）在另一場(chǎng)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(hào)類似，用太陽能板供能。探測(cè)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(shì)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(hào)結(jié)構(gòu)圖 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

為了滿足探測(cè)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(cè)器著陸后，由探測(cè)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(hào)檢測(cè)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(jí)在2到4之間——強(qiáng)度足以提供星球內(nèi)部的信息。

洞察號(hào)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(hào)通過研究震波在火星深層幔核邊界上的反射來測(cè)量火星核的大小。洞察號(hào)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(cè)出核心的大小?；鹦钦饠?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(huì)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(hào)對(duì)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)。”

極端軌道

不過，洞察號(hào)可能沒有足夠的時(shí)間去取得新的發(fā)現(xiàn)了。洞察號(hào)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(tái)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(huì)。

“這將導(dǎo)致我們?cè)诮酉聛韼讉€(gè)月中減少儀器的使用。”位于加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的洞察號(hào)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(guó)制造的熱流探測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(huì)發(fā)生劇烈的溫度變化，反之亦然，這會(huì)在洞察號(hào)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(hào)現(xiàn)在試圖將線纜埋到土里，試圖隔絕這些影響。

洞察號(hào)檢測(cè)到的地震大多發(fā)生在夜晚，因?yàn)榘滋斓娘L(fēng)會(huì)造成太多震動(dòng)，干擾地震信號(hào)。但最近著陸地點(diǎn)附近多風(fēng)的季節(jié)已經(jīng)結(jié)束?？茖W(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(hào)。

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

《環(huán)球科學(xué)》3月新刊上市


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情