火星内部结构之谜终于解开

 —27/10/2023

2022 年 12 月，美国宇航局 (NASA) 撩开了蒙在洞察号火星探测器上的面纱。 在这颗红色星球表面驻足四年多后，登陆板上已经落满了厚厚一层火星灰尘的探测器已经没有有足够的能量继续工作了。 从某种意义上说，它是窒息而亡。 然而，在太空探索领域，即使在机器人的任务结束很久之后，它记录下的数据仍在继续为科学研究提供养分，洞察号（InSight）也不例外，10 月 25 日，《自然》杂志上发表了两项独立研究的结果，其中一项依赖由法国国家太空研究中心生产的洞察号的固定式登陆器记录下的数据，得出的结论解开了火星内部结构的异常现象。

回到两年前的夏天，洞察号团队首次描述了的火星内部结构。 为了实现这一目标，研究人员破译了因“火星震动”或陨石撞击产生的地震波。 这些震波传递的速度取决于它所穿过介质的特性，例如介质的密度、温度或压缩性。 由此，可以推断出它的化学成分，并知道它是固体的、软体的还是液体的。 2021 年获出的研究结果是火星是由简单三层组成：薄薄的地壳蒙在岩石地幔上，均匀且没有分层，围绕着半径为 1830 公里的、相当大的金属和液体核心，火星半径为 3390 公里。然而，这一结果有一个说不通的地方。周三发表的两个研究中一个的第一作者，在巴黎地球物理研究院 (IPGP) 工作的法国国家科学研究中心 (CNRS) 的研究员亨利·塞缪尔 (Henri Samuel) 总结说，那是一个障碍、一个异常现象——那就是“这个核心很疏松 。为了达到这样一个相对较低的密度，必须在铁中添加硫、碳、氧和氢等轻元素。但问题是需要添加的量很大，甚至比核心能包容的量相比还要多很多。 ”火星地幔必是异质的那么显然，太阳的这颗行星的核心是不能如此扩充的，但物理和化学的定律又让它成为可能。 亨利·塞缪尔解释说“在实验室的高温高压下进行了，试图将轻元素融入铁合金中的实验。 这些实验对于火星核心来说有点超出了想象。” 此外，火星核心中所假设的轻元素的数量，与 45 亿年前行星形成过程中可用的材料也不匹配。 亨利·塞缪尔微笑着解释说,由于异常现象不能自圆其说，“也就只好接受了”。然而，2021年9月18日，一件意想不到的事情推倒了原来的结论。 那天，一颗陨石坠入火星，坠落的地点距离洞察号相当远。 然而撞击产生的震波与此前的截然不同，而且是能够在液体中传递的、速度减半的震波。 不过，亨利·塞缪尔强调，“记录到的震波传递时间太慢了，根本不能用均匀且坚固的地幔来进行解释”。 因此2021 年创建的火星模型不再成立：火星的地幔必然是异质的，其它的基础层必须是个稳定的液体层，稳定那是因为它的重量是铁质的，而此前人们将铁质与核心的上部混淆了。富含放射性物质正如《自然》杂志上发表的两篇研究结果所解释的那样，火星地幔的下部增加了这层约 150 公里厚的岩浆，使得异常现象消失了：它还减少了火星地核的半径，并且“由于地核较小且是相同的体量”，它的密度就更大了，因此包含的轻元素更少：问题也就自行解决了”亨利·塞缪尔总结说。不过，这位巴黎地球物理研究院 (IPGP) 的研究员补充说，一切还都没有解决。富含的放射物质将这层液体加热，对行星的金属核来说就像一个绝缘毯。 它既不能排出自身的热量，也不会被对流搅动，对流在地球上则是会产生如发电机的效应和磁场的。 然而，年轻的火星拥有5亿至8亿年的磁场。 因此，必须想象用外部机制来解释这一问题……就像科学中经常出现的情况一样，回答了一个问题会产生其他的问题。