作者:晋楠 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/21 14:21:18
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地震波揭示“火核”大小

 

“洞察”号火星无人着陆探测器在2019年初部署地震仪后,拍下了这张布满灰尘的自拍。现在更多的灰尘落在了它的太阳能电池板上。图片来源:NASA/JPL-Caltech

科学家首次窥视了火星的核心。美国国家航天局(NASA)的“洞察”号探测器尽管位于火星表面,但其目的则是观察火星内部深处,它通过倾听穿透火星内部的地震能量,揭示了火星核心的大小。

测量结果表明,火核的半径为1810~1860公里,大约是地核半径的一半。这比之前估计的要大,意味着火核的密度比之前预测的要小。这一发现表明,除了铁和硫这两种构成它大部分成分的元素外,其内核还必须包含更轻的元素,如氧。“洞察号”的科学家在近日的“虚拟月球和行星科学会议”上报告了他们的测量结果。

类似地球和火星这样的岩石行星被划分为地壳、地幔和地核的基本层。了解每一层的大小对于了解火星的形成和进化至关重要。“洞察号”的测量将帮助科学家确定火星致密、富含金属的核是如何在火星冷却时从覆盖在其上的岩石地幔中分离出来的。大约45亿年前,火星刚诞生时,其核心可能仍处于熔融状态。

在此之前,科学家测量过其地核的其他仅有的岩石行星是地球和月球。加入火星将有助于让研究人员比较和对比太阳系的行星是如何进化的。与地球类似,火星曾经有一个由液体晃动的内核产生的强磁场;但随着时间的推移,火星的磁场急剧下降,导致火星的大气层逃逸到太空中,火星表面变得寒冷、贫瘠,比地球上更不适合生命生存。

苏黎世瑞士联邦理工学院的地震学家Simon St?hler在3月18日的虚拟会议上预先录制的报告中这一核心发现。St?hler称该团队打算将研究成果发表在同行评议的期刊上。

这项工作建立在“洞察号”探测到的火星地壳层的早期发现之上。地球物理学家法国巴黎地球物理研究所带领“洞察”号地震仪团队的Philippe Lognonné在另一个预先录制的谈话中说:“现在我们开始有了火星核心的深层结构。”

“洞察”号耗资近10亿美元,于2018年登陆火星,是首个研究火星内部的任务。固定着陆器位于火星赤道附近,监听“火震”——火星上的地震。到目前为止,“洞察”号已经探测到大约500次火震,这意味着火星的地震活动比地球少,但比月球多。Lognonné说,大多数火星地震都很小,但近50次地震的震级在2级到4级之间,足以提供火星内部的信息。

就像地球上的地震仪一样,“洞察”号通过研究火星地幔和地核之间的深边界反射的地震波,来测量火星地核的大小。有了足够多深层传播信息,“洞察”号的科学家就能够计算出火星地核—地幔边界的深度,从而计算出火核的大小。地震数据还表明,在其地表以下700至800公里的上地幔中,有一层增厚的物质,在这层物质中,地震能量传播较慢。

为了复制行星核内部的环境,其他研究人员在高压和高温下挤压不同化学元素的组合。“洞察”号对火星核密度的估计与许多基于实验室的估计一致,华盛顿特区卡内基科学研究所的地球化学家Edgar Steenstra说。

不过,“洞察”号现在可能已经没有时间进行探索了。其2米宽的太阳能电池板上积满了灰尘,减少了发电量。火星也在向其轨道上离太阳最远的点移动,这将进一步限制探测器的充电机会。

“这将导致我们在接下来的几个月里减少仪器的使用。”“洞察”号项目科学家、在加州帕萨迪纳的喷气推进实验室工作的Mark Panning说。

今年1月,该团队已经不得不放弃德国制造的“鼹鼠”探测器。这是一个热探测器,本应将自己埋在土壤中,测量热流,但遇到了摩擦问题,无法深入挖掘。

当火星白天和黑夜交替时,温度会发生剧烈变化,当连接探测器的绳索暴露在火星表面时,“洞察”号的地震仪收集到的信号就会产生噪音。所以“洞察”号现在正试图用泥土把缆绳埋起来,试图将它隔离起来。

“洞察“号主要在夜间探测火星地震,因为白天的风会引起强烈的震动干扰地震信号。但其着陆点的多风季节最近结束了。研究小组的科学家们期待着在任务结束之前,通过新发现的地震波来捕捉尽可能多的火星地震。

 
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