火星基本上已经死了。 里面还有岩浆,所以它还活着

自 2019 年 2 月以来,NASA 的 使用地震调查、大地测量学和热传输进行内部勘探 (InSight) 着陆器一直在对另一个星球的构造进行首次测量。 关键是 InSight 的 内部结构抗震试验 (SEIS) 仪器(由地震学家和地球物理学家在 苏黎世联邦理工学院),它一直在表面上倾听“地震”的迹象。 它收集的数据集(超过 1,300 次地震事件)在很大程度上证实了行星科学家长期以来的怀疑:火星基本上是安静的。

然而,苏黎世联邦理工学院领导的一个研究小组最近分析了最近发生的 20 多场地震的集群,这揭示了一些非常有趣的事情。 根据这些事件的位置和光谱特征,他们确定大部分火星广泛分布的地表断层都不是地震活动的。 尽管如此,观测到的 20 次地震事件中的大多数都起源于 Cerberus Fossae 附近,这是一个由裂谷(或地堑)组成的区域。 这些结果表明,地质活动和火山活动仍然在塑造火星表面方面发挥着积极作用。

该研究由苏黎世联邦理工学院地震学和地球动力学小组的高级科学家 Simon C. Stähler 领导 地球物理研究所. 德国航空航天中心的研究人员加入了他和他的同事的行列。 行星研究所 (知识产权),哈佛大学, 行星学和地球动力学实验室 (LPG)在巴黎城大学和美国宇航局的喷气推进实验室。 描述他们的发现的论文,“火星地震揭示了塞伯鲁斯窝的构造,”最近出现在《自然天文学》杂志上。

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火星快车拍摄的火星塔尔西斯地区的图像,其中包括几座著名的盾状火山,包括巨大的奥林匹斯山(左)。 信用:欧空局

根据 InSight 收集的地震数据,研究小组得出结论,低频地震可能表明火星地幔中存在现代熔岩浆。 具体来说,他们发现这些地震的震中主要位于 Cerberus Fossae 的最内部——地表以下 30 至 50 公里(18.6 至 31 英里)的深度。 在这个以守卫哈迪斯(希腊神话中的黑社会)大门的地狱犬命名的地区,地形在自身重量的作用下下沉,形成平行的裂缝,将火星的地壳拉开。

研究小组推测,这些地震可能是这个曾经活跃的火山区发出的最后一次隆隆声,或者岩浆正在地表下向东移动,准备下一次喷发。 当研究小组检查该区域的轨道图像时,他们注意到这些地震发生得非常 close 到 Cerberus Fossae Mantling Unit 中的一个结构(以前称为“年轻的火山裂缝”)。 这个特征被黑暗的尘埃沉积物所包围,这些尘埃沉积在各个方向上,而不仅仅是在风的主导方向上(正如预期的那样)。

正如 Stähler 在最近的 ETH Zurich 新闻稿,对此的唯一解释是近期火山活动的存在。 “尘埃的较深阴影表示最近火山活动的地质证据——可能在过去 50,000 年内——在地质学方面相对年轻,”他说。

由于其陆地(岩石)性质和靠近地球,火星提供了研究类似于塑造我们星球的地质过程的机会。 虽然在技术上更接近,但金星的超稠密大气层阻止了任务使用除表面测绘雷达和足以熔化铅的温度之外的任何东西来研究它。 由于它们与地球的距离会造成通信延迟,因此太阳系中的所有其他天体只能由轨道飞行器和探测器进行研究。

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火星表面地形图显示 InSight 的位置(橙色三角形)和以 Cerberus Fossae 为中心的火星地震(紫色圆点)。 图片来源:Horelston 等人。 (2022) 股东总回报

此外,火星是地球以外唯一已知具有由铁、镍和硫组成的核心的类地行星,可能曾经支持过磁场。 在地球上,这个场是由行星内部的发电机作用产生的,其中液体外核围绕固体内核旋转(与地球自转方向相反)。 今天人们普遍认为,大约 40 亿年前,这颗红色星球的内部迅速冷却,导致外核凝固而内核熔化。 没有这个场,火星的大气层被太阳风慢慢地剥离了亿万年。

此前,科学家们怀疑这也意味着数十亿年前火星在地质上已经死亡。 尽管如此,机器人任务提供的这些和其他迹象表明,这颗红色星球内的地质活动并未完全停止。 虽然仍需要进行大量研究来证实这些结果,但今天火星地幔中潜在岩浆的证据令人着迷。 这些结果证明了洞察号着陆器及其精密仪器的有效性,以及多个机器人任务怎样协同工作能够带来突破。 合著者 Domenico Giardini 说:

“InSight 的 SEIS 是安装在另一个星球上的最灵敏的地震仪。 它为地球物理学家和地震学家提供了使用当前数据的机会,这些数据显示了今天火星上正在发生的事情——无论是在地表还是在其内部。”

在接下来的几年里,更多的机器人轨道器、着陆器和漫游者将前往火星。 他们对火星表面地质、环境、气候和大气进行的研究将为计划在 2030 年代执行的载人任务铺平道路。

延伸阅读: 苏黎世联邦理工学院