科學發現：洞察號揭示火星核心的大小


洞察號在部署了地震儀後，於2019年初拍下了這張布滿灰塵的自拍。現在它的太陽能板上已經積累了更多灰塵。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）
自2018年登陸火星後，“洞察號”著陸器已經進行了超過500次火星震測量，為我們揭示出火星內部的一係列構造特征。就在本周，參與該項目的科學家稱，通過聆聽行星內部地震波的回響，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。
此次公布的結果顯示，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要大，意味著核心密度比預測的更低。因此，構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線上會議上，洞察號科學家在幾次報告中介紹了他們的測量過程和結果。
像地球和火星這樣的岩質行星，都會被分成殼、幔、核這三層。知道這些圈層的大小，對於理解行星的形成和演化而言至關重要。洞察號的測量將會幫助科學家查明火星致密、富金屬的核心是如何在行星冷卻時，從岩質地幔中分離的。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。
對比和差異
在此之前，在岩質天體中，隻有地球和月球的核心被科學家測得。如今加上火星的數據，能讓研究者比較、尋找其中的差異，解釋太陽係中行星的演化過程。與地球類似，火星曾經擁有因為液體攪動其核心而產生的磁場；但隨著時間的流逝，磁場急劇下降，導致火星大氣逸散到宇宙中，表麵變得寒冷、貧瘠，和地球相比完全不適合生命生存。
3月18日，蘇黎世瑞士聯邦理工學院的地震學家西蒙·施特勒（Simon Stähler）在線上會議上預先錄製好的報告中公布了這一核心發現。施特勒表示，團隊打算將該結果提交到同行評審的期刊上發表。
洞察號地震儀團隊的領導者，法國巴黎地球物理研究所的菲利普·洛格農（Philippe Lognonné）在另一場預先錄製的演講中說：“現在，我們有了抵達核心的深層結構。”
該航天器花費將近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部。它的結構與鳳凰號類似，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。這裏陽光充足、地勢低平，而且土質細膩，是安全的著陸點，也適合安放地震儀。


圖片來源於本文
為了滿足探測需要的精度，地震儀並沒有集成在航天器的支腳上，而是在探測器著陸後，由探測器的機械臂像“抓娃娃”一樣把它放到火星表麵上的。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活動比地球少，但仍然比月球活躍。洛格農表示，大多數火星震都很小，但其中將近50個震級在2到4之間——強度足以提供星球內部的信息。
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，能夠計算核心邊界的深度，由此推測出核心的大小。火星震數據還表明，上層幔大約延伸到地表700到800千米以下，其中包含著一個增稠物質區，火星震在其中傳播會減慢。
為了重建星球核心內部的條件，其他的研究人員在高溫高壓下擠壓了不同元素的混合物。華盛頓卡內基科學研究所的地球化學家埃德加·斯滕斯特拉（Edgar Steenstra）說：“洞察號對火星核心密度的估計符合很多基於實驗室的估計。”
極端軌道
不過，洞察號可能沒有足夠的時間去取得新的發現了。洞察號在晴朗的天氣條件下能提供大約600～700瓦的電力，大約相當於一台家用攪拌機消耗的功率。但塵埃已經覆蓋了它2米寬的太陽能板，降低了航天器的發電量。火星也在朝著離太陽最遠的點移動，這將進一步限製航天器充電的機會。
“這將導致我們在接下來幾個月中減少儀器的使用。”位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室的洞察號項目科學家馬克·潘寧（Mark Panning）說。
今年1月，該團隊已經放棄了德國製造的熱流探測儀，它還擁有一個名為“鼴鼠”（mole）的昵稱，它本應鑽入地下檢測熱流，但遇到了摩擦問題，無法埋到深處。而其實這種摩擦問題在探測器發射之前就已經被發現了，但是因急於發射和一定的僥幸心理，問題並沒有被解決。


圖片來源：pixabay
當從白天進入黑夜時，火星上會發生劇烈的溫度變化，反之亦然，這會在洞察號地震儀收集的數據中產生噪聲，因為連接它和著陸器的線纜暴露在行星表麵。因此，洞察號現在試圖將線纜埋到土裏，試圖隔絕這些影響。
洞察號檢測到的地震大多發生在夜晚，因為白天的風會造成太多震動，幹擾地震信號。但最近著陸地點附近多風的季節已經結束。科學家團隊期待在任務結束前，能在這陣新發現的窗口中盡可能捕獲更多地震信號。
撰文：亞曆山德拉·維茨（Alexandra Witze）
翻譯：王昱
審校：吳非
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/seismic-ripples-reveal-size-of-marss-core/
本文來自：環球科學


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