洞察号对火星结构开展新一轮探测,发现火星地核大得惊人


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火星目前已经成为人类进行地外探测的热点星球 , 今年包括我国在内的一些国家 , 又相继向火星发射了轨道探测器以及着陆的火星车 , 从而开启了新一轮探测高潮 。 在此之前 , 已经在火星上“服役”的洞察号火星车 , 依然在火星上按照计划默默地开展着相关探测工作 , 前不久 , 利用地震仪对火星内部结构进行了重新测量 , 结果显示火星拥有的内部“心脏” , 要比以往预想大得多 。

过去所做的工作大家知道 , 在地球上 , 可以利用地震波在地下深处的传播速度和方向 , 来确认地层的不同层次边界 , 从而解释地球的内部结构 。 利用地震波的探测方式 , 人类在20世纪初就了解了地球的内部构造 , 在2011年时又清晰地提示了月球的内部结构 。

过去的探测火星任务 , 在对其内部结构进行探测时 , 利用的都是计算机模型 , 通过对火星深褐色表面物质进行估计 , 推测出火星可能存在一个液体核心 , 但一直以来都没有直接的地震数据 , 所以无法精确地利用模型来确认核心的边界和大小 。
2018年11月 , 洞察号火星探测器在埃律西昂平原这个靠近火星赤道的区域软着陆 , 此后对火星开展了以地震波为主要方式的测量 , 对火星的地幔和地壳结构进行了确定 , 同时对火星的核心尺寸进行了直接估测 , 结果发现火星的内核直径达到3600公里左右 , 占到了火星整体直径的一半以上 。

洞察号探测的结果 , 将重新修改之前科学家们关于火星演化的历史 , 为科学家们论证火星是如何从宜居的、具有液态水和磁场的星球 , 演变为现在“锈迹斑斑”的模样 。
地震波如何探测火星内核?我们知道 , 地球上发生地震时 , 能够穿越地球内部的波包括两种类型 , 一种是纵波(P波) , 其振动方向和波的传播方向平行 , 在所有的地震波中 , 纵波的传播速度最快 , 能够在固体、液体以及气体中传递 。 另外一种是横波(S波) , 其振动方向与波的前进方向垂直 , 速度要低于纵波 , 并且只能在固体中传播 , 无法穿越液态的外地核 。 科学家们利用两种波在传播时的时间差 , 可以对地震进行简单的定位 。

与地球相比 , 火星的环境要恶劣得多 。 与此同时 , 火星上如果发生震颤 , 除非人们站在距离震中非常近的区域 , 才能感知得到 。 不过 , 洞察号火星车上携带着非常灵敏的仪器 , 即使非常微弱的震动 , 都可以被侦测到 。 虽然如此 , 科学家们依然很“谨慎” , 针对反馈回来的数据 , 应用各种方法进行“降噪” , 以此来消除火星表面沙尘暴、地表风、地表岩石在巨大温度作用下爆裂所产生的噪音来源 。

在探测火星内部结构时 , 科学家们依然应用的是P波和S波传播时的“时间差” 。 P波可以穿越火星的固体地幔进入液体核心 , 而S波则不能 , 在被固体地幔抵抗左右剪切的过程中 , 一些S波会下降到地核与地幔的交界处 , 然后被反射回来弹到地表 。
科学家团队针对洞察号传回的火星地震数据 , 发现了由三个时间段所组成的模式 , 即最先到达的是P波 , 然后是主S波 , 最后是100秒左右反弹回来的较小S波 。 根据与以往数千种不同的火星地幔模型相比较 , 研究团队认为这种波的传递模式 , 一定是从火星表面下方约1600公里反弹过来的 , 而这个位置则很有可能是火星地幔与地核交界处 。

基于上述推测 , 科学家们认为 , 火星的内核尺寸 , 约为3600公里左右 , 这个数值要比以往预测的要大 , 内核的密度也因此比以往预测的要低一些 。 按照这种新的推测结果 , 在火星液态内核中 , 将含有至少10%-15%的硫 , 另外还有部分更轻的元素 , 比如氧、碳和氢等 。

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