火星是太陽係中僅(jin) 次於(yu) 水星的第二小的行星，長期以來一直被認為(wei) 是一顆死寂的星球。但最近的一係列發現使科學家們(men) 開始重新思考火星的內(nei) 部活動是否仍在繼續。

　　很久以前，火星是一個(ge) 充滿災難的世界：巨大的火山噴發出熾熱的熔岩，摧毀了這顆紅色行星的表麵。如今，這些火山十分安靜。由於(yu) 缺乏任何熔岩存在的證據，科學家推測火星的火山活動在很久以前就停止了。火星的英文名“Mars”意思是羅馬戰神，但它似乎不太像戰神，而更像是戰神的手下敗將，顯得陰冷、平靜且毫無生氣。

　　然而，近期的研究表明，關(guan) 於(yu) 火星一片死寂的假設是完全錯誤的。科學家從(cong) 軌道飛行器的一係列探測結果中發現，火星的古老熔岩流並沒有原先想象的那麽(me) 古老，其中一些似乎是在過去幾百萬(wan) 年裏，甚至可能是在最近幾萬(wan) 年裏從(cong) 火山坑或裂縫中噴發出來的。

　　美國國家航空航天局（NASA）的“洞察號”（InSight）著陸探測器已經對火星內(nei) 部結構進行了兩(liang) 年的探測，並捕捉到了一些奇怪的地震信號，而這些信號來自一個(ge) 年輕的火山活動地點。研究人員在2020年12月的一次會(hui) 議上公布了這些結果，盡管尚無定論，但他們(men) 認為(wei) 洞察號可能“聽”到了岩漿震動的聲音。根據此前的推測，火星的火山活動早在遠古時代就已經沉寂。

　　美國亞(ya) 利桑那大學的行星科學家克裏斯托弗·漢密爾頓說：“這是一個(ge) 非常令人興(xing) 奮的發現，如果得到證實，這將表明火星有機會(hui) 躋身目前太陽係火山活動最為(wei) 活躍的星球之列。”

　　如果未來的數據和分析證實火星確實存在岩漿，那將是一個(ge) 革命性的發現。美國北卡羅萊納州立大學的行星科學家保羅·伯恩表示，這將成為(wei) 十分有力的證據，支持科學家一段時間以來所持的一種猜測：一些火山活動看似完全停止的岩石行星其實並沒有“死”，它們(men) 還“活著”——或者換句話說，“這些世界的死亡非常緩慢”。

　　我們(men) 對行星內(nei) 部幾乎沒有確切的認識，包括我們(men) 所生活的地球。這是一個(ge) 不容忽視的問題。“行星的熱演化支配著一切，幾乎沒有例外，”伯恩說。從(cong) 生物賴以生存的地表狀態，到行星大氣的演化，“這是同一個(ge) 故事——行星正在冷卻。這是唯一重要的事情。”

　　火山活動是一顆行星內(nei) 部熱量的外在表現，也是它散熱的主要方式。與(yu) 此同時，火山噴發也給行星表麵塗上了一層新的物質。如果能了解火星的火山如何形成，以及這些火山噴發岩漿的能力如何，我們(men) 就可以了解火星內(nei) 部結構的演化，並將其與(yu) 地球進行比較。因此，如果洞察號探測到的真的是岩漿，那我們(men) 就離真正了解火星和地球更近了一步。

　　新的裂痕

　　火星無疑是一個(ge) 火山世界，它的表麵覆蓋著令人印象深刻的熔岩山和壯觀的熔岩流。在45億(yi) 年曆史的早期章節中，火星誕生了太陽係中最高的火——奧林帕斯山（Olympus Mons）。這座火山的規模大得離譜：高度幾乎是珠穆朗瑪峰的3倍；如果把它放在紐約之上，其邊緣幾乎可以從(cong) 波士頓延伸到華盛頓特區。奧林帕斯山是盾狀火山，由流動性高的玄武岩質長期噴發累積而成，其山頂的破火山口是地下岩漿庫空了之後塌陷形成的。整個(ge) 火山的坡度非常緩，巨大的寬度使得從(cong) 火星表麵無法見其全貌；也就是說，在山腳下，你是看不到山頂的，因為(wei) 那遠在地平線之外。

　　奧林帕斯山的噴發似乎在很久以前就停止了。在很長一段時間裏，研究人員認為(wei) 火星所有火山活動的跡象都在數億(yi) 年前結束了，甚至可能是數十億(yi) 年前。這個(ge) 假設的基礎是關(guan) 於(yu) 內(nei) 太陽係演化的若幹歸納。

　　以內(nei) 太陽係的5個(ge) 岩石星球為(wei) 例。金星和地球差不多大；火星、水星和月球要小一些（火衛一和火衛二是火星的兩(liang) 個(ge) 土豆形狀的衛星，比地球的月球還小一個(ge) 數量級）。

　　紐約州立大學布法羅分校的行星火山學家特蕾西·格雷格表示，當涉及如何為(wei) 一個(ge) 星球提供能源時，“最重要的是它的內(nei) 部”。很久以前，這5個(ge) 星球的內(nei) 部都具有兩(liang) 個(ge) 豐(feng) 富的熱量來源：一是在劇烈形成過程中遺留下來的原始熱量；二是放射性衰變所產(chan) 生的熱量。這些熱量最終通過輻射和火山爆發釋放出來。

　　劇烈的火山爆發可以使行星降溫。對於(yu) 更大的行星，如地球和金星，需要更長的時間來釋放內(nei) 部熱量，因此保持火山活動的時間也更長。平均而言，地球上已知的任何時刻都有40座火山在噴發。對於(yu) 金星，目前我們(men) 還無法透過厚厚的雲(yun) 層看到其表麵情況，但大量的間接證據表明，這顆行星幾乎肯定還在噴發。

　　較小的星球似乎會(hui) 更快地耗盡燃料。自從(cong) 人類第一次將望遠鏡對準火星以來，在四個(ge) 世紀的時間裏，我們(men) 一直沒有發現火星有火山爆發的跡象，研究者也因此假設火星的火山活動早已停止。

　　但近年來，科學家在估計火星陷入沉寂的確切時間時，發現了一些蹊蹺。2017年的一項研究表明，火星上另一座巨大火山——阿爾西亞(ya) 山（Arsia Mons）——的破火山口中的熔岩可能出現在5000萬(wan) 年前，那時候霸王龍已經在地球上滅絕了很久。

　　然後就是科珀洛斯槽溝（Cerberus Fossae）。

　　2019年，研究人員對幾次“火星震”事件進行了分析，發現這些事件都可以追溯至科珀洛斯槽溝。該地區具有數條狹長的裂縫，寬數百米，總長超過一千公裏，是火星上發現的第一個(ge) 活躍的斷層帶。這是這個(ge) 行星上非常奇怪的一個(ge) 地方。

　　估計一顆行星表麵年齡的最好方法是分析岩石，利用其元素的放射性衰變作為(wei) 地質時鍾。但目前為(wei) 止，我們(men) 在地球上所見的火星岩石都是以隕石的形式出現的，而這些隕石可能來自火星表麵的任何地方。因此，研究人員不得不依賴撞擊坑計數來進行估算。簡單地說，如果像火星這樣的行星上沒有顯著的侵蝕過程，那麽(me) 更古老的表麵應該有更多的撞擊坑。很顯然，撞擊坑計數無法給出絕對的年齡，隻能給出相對的年齡。

　　科珀洛斯槽溝明顯缺乏撞擊坑，“它絕對是火星上最年輕的表麵之一，”格雷格說。早期對科珀洛斯槽溝的軌道勘測表明，就地質特征而言，某種流體(ti) 曾在不久之前衝(chong) 刷過該地區。在一段時間內(nei) ，研究人員無法確定這種流體(ti) 是水還是熔岩。但在分析了過去20年來由高分辨率攝像機拍攝的圖像後，“我們(men) 能夠確定這兩(liang) 種東(dong) 西來自不同的時期，”格雷格說。

　　漢密爾頓指出，阿薩巴斯卡穀（Athabasca Valles）熔岩流是其中一次明顯的噴發，時間就在不到2000萬(wan) 年前。在幾個(ge) 星期的時間裏，一股熔岩急流噴薄而出，覆蓋的麵積超過了英國的麵積。

　　漢密爾頓在不久前與(yu) 人合著了一篇論文，目前正在進行修改，準備發表在《伊卡洛斯》（Icarus）期刊上。他們(men) 研究了科珀洛斯槽溝的一個(ge) 較小的火山沉積區域。這些沉積物可能來源於(yu) 一次劇烈的噴發，當時火山灰覆蓋了這一地區。細致的撞擊坑計數表明，該區域的年齡可能隻有100萬(wan) 年，甚至是更加年輕的53000年——從(cong) 行星曆史的角度，這簡直就像是昨天。

　　這篇論文的第一作者、亞(ya) 利桑那州圖森市行星科學研究所的研究者大衛·霍瓦特表示，學術界長期以來一直懷疑科珀洛斯槽溝是一個(ge) 非常年輕的火山活動場所，“我們(men) 隻是在堆砌證據來支持這一觀點”。

　　不過，隨著對火星火山活動的年齡估計越來越年輕，又有了一個(ge) 令人好奇的問題：火星現在是否仍有火山活動？

　　監聽火星地震

　　2018年11月26日，美國國家航空航天局的洞察號火星探測器在距離科珀洛斯槽溝約1600公裏的火星埃律西昂平原（Elysium Planitia，又稱極樂(le) 平原）著陸。探測器的有效載荷包括一個(ge) 熱流儀(yi) 、一個(ge) 磁力計和一個(ge) 地震儀(yi) ，這使它成為(wei) 第一個(ge) 裝備齊全的“星際地球物理學家”。它將人類對地球內(nei) 部的理解匯總起來，並將其完全應用到另一個(ge) 星球上。

　　從(cong) 地震的角度來說，火星比地球安靜得多。但洞察號的地震儀(yi) 仍然捕捉到了一連串強度不一的火星地震信號。有些信號是斷層滑動，但更多信號並沒有明確的來源。在2020年12月美國地球物理聯盟的年會(hui) 上，NASA噴氣推進實驗室的行星科學家沙侖(lun) ·凱達爾及其同事提出了一種引人關(guan) 注的可能性：一些低頻率的火星地震信號可能是地下深處岩漿流動的聲音。

　　他們(men) 的報告隻展示了尚未經過同行評議的初步結果，因此不能作為(wei) 明確的斷言。該論文最近已被《地球物理研究雜誌》（Journal of Geophysical Research）接收，但在發表之前，相關(guan) 研究人員拒絕接受媒體(ti) 的采訪。其他研究者表達了對這一發現的興(xing) 趣，盡管他們(men) 還在等待更多的數據。格雷格說：“認為(wei) 這可能源於(yu) 岩漿其實並不離譜。”

　　在地球上，地震學家可以通過使用多個(ge) 地震儀(yi) 來確定地下的震動聲。隻要測量地震波在三個(ge) 或更多地點的準確到達時間，我們(men) 就可以對震源進行三角定位。盡管在火星上隻有一個(ge) 地震儀(yi) ，但這無疑是一個(ge) 非常強大的地震儀(yi) 。日本東(dong) 京工業(ye) 大學地球-生命科學研究所的全球地震學家克裏斯汀·豪澤說：“他們(men) 並沒有隨便發射一台地震儀(yi) ，而是派出了有史以來最靈敏的地震儀(yi) 之一。”

　　“我更願意稱之為(wei) 納米地震學，因為(wei) 我們(men) 真的是在觀察原子尺度上的運動，”美國馬裏蘭(lan) 大學的地球科學家尼古拉斯·施默爾說道。他參與(yu) 了洞察號的探測工作。在火星上，洞察號的地震儀(yi) 甚至能捕捉到沙塵暴在寒冷沙漠上盤旋時發出的微弱轟隆聲。

　　洞察號的地震儀(yi) 通過兩(liang) 種方法來估計火星地震波的來源。第一種方法就像通過測量雷聲的延遲時間來估計雷擊的距離。地震波的兩(liang) 個(ge) 分量——縱波（P波）和橫波（S波）——以不同的速度傳(chuan) 播，它們(men) 之間的時間差可以使科學家計算出到震源的距離。

　　此外，地震波具有極化的特性：其一個(ge) 分量為(wei) 東(dong) 西方向振動，另一個(ge) 分量為(wei) 南北方向振動，第三個(ge) 分量則是垂直運動的。洞察號測量了每個(ge) 分量的相對強度，從(cong) 而揭示了地震波的方向。沙侖(lun) ·凱達爾的團隊分析了5個(ge) 神秘的火星地震事件。其中兩(liang) 個(ge) 事件具有強烈的極化信號，使得它們(men) 可以比較明確地追溯至科珀洛斯槽溝。這兩(liang) 次地震似乎是常規的普通構造地震。

　　其他三個(ge) 地震事件的信號很弱，因此研究人員隻能測量P波和S波到達時間的差異。研究團隊也因此得出了一個(ge) 距離。參與(yu) 洞察號工作的英國布裏斯托大學地震學家安娜·霍勒斯頓表示，在這一半徑範圍內(nei) ，科珀洛斯槽溝是最有可能產(chan) 生地震信號的地方，但這些信號仍可能有其他來源。

　　這三個(ge) 信號類似於(yu) 地球上與(yu) 流動的流體(ti) 有關(guan) 的信號。研究人員嚐試模擬產(chan) 生這些信號的現象，發現不能排除一種特殊的流體(ti) ——岩漿。他們(men) 模擬了岩漿在60公裏深處的狹窄通道中流動時產(chan) 生的信號。

　　格雷格描述了這些岩漿運動時產(chan) 生噪音的一種方式：“當岩漿通過一個(ge) 管道流動時，管道就會(hui) 震動，就像你將空氣推入聲帶一樣。你的聲帶會(hui) 振動，然後發出聲音。無論是水還是岩漿，發出的聲音都應該是不同的，就像你吸過氦氣時聲音也會(hui) 改變一樣。”

　　漢密爾頓表示，在地下60公裏處，任何流體(ti) 都必須是岩漿，而不是水。但加州大學聖克魯斯分校的行星科學家米沙·克雷斯拉夫斯基指出，這些微弱的信號並不包含足以提供精確震源深度的詳細信息。

　　地震信號也可能不是表麵上看起來的那樣。美國西華盛頓大學的地震和火山學家傑姬·卡普蘭(lan) -奧爾巴赫指出，當地震波通過地麵振蕩時，其高頻分量會(hui) 比低能量分量更快地損失能量。也許在從(cong) 科珀洛斯槽溝到洞察號旅程中，這些信號的高頻部分變弱了，使其看起來就像低頻事件，而這通常與(yu) 移動的岩漿有關(guan) 。

　　不過，即使考慮到這些因素，科學家們(men) 依然對不能排除岩漿的存在感到興(xing) 奮。克雷斯拉夫斯基稱，到目前為(wei) 止所得出的一切推測都是完全合理的。霍勒斯頓則持保留意見，但她補充道，這並不是說火星地下沒有岩漿。所有人都注意到，這些隆隆聲很可能來自火星上最年輕的火山部分，這不太可能是巧合。“這太棒了，”格雷格說，“我是說，這很有道理，對吧？”

　　當然，科學家們(men) 還有很多工作要做，也需要更多的地震數據來完善這一假設。但不可否認的似乎，洞察號獲得的數據正在改變我們(men) 對火星內(nei) 部的了解。

　　重新思考地球

　　近期有關(guan) 火星的研究向我們(men) 強調了一個(ge) 事實：我們(men) 對各個(ge) 星球內(nei) 部的情況了解甚少。“我們(men) 不知道內(nei) 太陽係放射性元素的分布情況，”格雷格說，“我們(men) 什麽(me) 都不知道。”如果假設火星具有與(yu) 地球誕生時相同數量的放射性元素，那麽(me) 一個(ge) 寒冷的火星就是不合理的。但對於(yu) 這種假設，“誰又能說它是真的呢？”

　　火星也不像地球那樣具有分裂的地殼：它缺乏可移動的構造板塊，而這些板塊會(hui) 讓熱量通過裂縫逸入太空。也許這有助於(yu) 保持火星內(nei) 部的餘(yu) 溫。

　　如果能測量火星的內(nei) 部溫度，我們(men) 或許就能更容易地計算出火星的火山活動能力。但洞察號的熱傳(chuan) 感物理特性箱——被親(qin) 切地稱為(wei) “鼴鼠”（mole）——未能挖得足夠深，無法得到準確的讀數。然而，洞察號的地震數據表明，火星內(nei) 部的溫度可能足以讓火山保持活躍，但方式與(yu) 地球不同。

　　即使存在火山活動，科珀洛斯槽溝下的岩漿也可能永遠不會(hui) 再噴發到火星表麵。盡管火星的巨型火山令人印象深刻，但許多岩漿似乎都注入了火星的上地殼，並停留在那裏，有時會(hui) 產(chan) 生巨大的火山突起。

　　不過，火星表麵的噴發是可能的。可能不像地球表麵那樣每天都噴發，但與(yu) 地球一樣，火星也會(hui) 時不時地發生史詩般的熔岩流——每次爆發之間相隔數百萬(wan) 年。漢密爾頓說：“如果在500萬(wan) 到1000萬(wan) 年內(nei) 火星上沒有另一次大規模的地表噴發，我會(hui) 感到不可思議。”

　　如果火星現在仍然有火山活動，那麽(me) 另一顆較小的星球也可能如此。月球上有一塊區域看起來像一個(ge) 由水銀液滴組成的大碗，而這些火山泡沫可能隻有1億(yi) 年的曆史。“火星的直徑隻有地球的一半，”格雷格說，“我們(men) 甚至不能肯定地說，隻有地球四分之一大小的月球已經完全死寂。”

　　“我認為(wei) 月球在未來的某個(ge) 時候還會(hui) 再次噴發。”伯恩說，“我想水星也會(hui) ，為(wei) 什麽(me) 不會(hui) 呢？”這些星球可能並不像我們(men) 習(xi) 慣認為(wei) 的那樣安靜。也許它們(men) 的火山在爆發之間停頓了太長時間，以至於(yu) 人類沒有注意到——火山爆發不斷的地球反而像是一個(ge) 異類。“從(cong) 各個(ge) 方麵來看，地球都是很奇怪的一顆星球，”格雷格說。（任天）

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