数十亿年前，火星与今天大不相同。 它的大气层更厚更暖，液态水在其表面流动，这颗行星在地质上很活跃。 由于重力较低，这一活动导致了太阳系中最大的火山（奥林匹斯山和忒提斯山地区）和世界上最长、最深的峡谷（水手谷）。 不幸的是，火星内部开始迅速冷却，内核凝固，地质活动基本停止。 一段时间以来，地质学家一直认为火星在地质意义上基本上“死了”。
然而，最近的研究提供了地震和地球物理证据，表明火星可能仍然“还活着”。 在最近的一项研究中，亚利桑那大学 (ASU) 的科学家发现了活跃的地幔柱穿过地壳并导致地震和火山爆发的证据，从而挑战了火星地球动力学演化的传统观点。 结合 NASA 记录的一些严重的火星地震 洞察号着陆器，这些发现表明火星地表下仍有一些强大的火山活动。
该研究由亚利桑那州立大学的博士后研究员 Adrien Broquet 进行 月球和行星实验室 (LPL)，以及 LPL 行星科学副教授 Jeff Andrews-Hanna。 他们的论文，“火星极乐世界下方活跃地幔柱的地球物理证据”，最近出现在《自然天文学》杂志上。 正如他们在论文中指出的那样，他们的研究提供了多条证据表明火星地幔内存在着巨大的活跃地幔柱。
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研究小组专注于 Elysium Planitia，这是一个靠近火星赤道的广阔平原，位于 Elysium 火山区以南——火星上仅次于 Tharsis Mons 的第二大平原。 与其他已经休眠了数十亿年的火山区不同，极乐世界具有年轻的特征（裂隙注入的洪水熔岩），表明 2.5 到 5 亿年前的火山活动。 在 之前的学习Andrews-Hanna 和 LPL 研究小组检查了 Elysium Planitia 地区和 找到证据 发生在 53,000 年前的一次小型喷发，这是火星历史上最近一次的喷发。
在地球上，火山活动和地震在很大程度上与构造板块无休止的对流和扩张循环有关，这迫使炽热的岩浆浮出地表。 但在某些情况下，火山活动是由地幔柱引起的，在地幔柱中，岩浆推动地表并拉伸地壳，形成隆起区域和断层线。 最终，羽流将爆发为巨大的熔岩玄武岩洪流，覆盖广阔的区域并形成火山平原。 由于火星没有经历过板块构造，研究人员开始考虑 Cerberus Fossae 的活动是否是由地幔柱引起的。
正如 Andrews-Hanna 在最近的一次采访中所说 亚利桑那州立大学新闻 新闻稿：
“我们有强有力的证据表明地幔柱在地球和金星上很活跃，但在像火星这样的小而据称寒冷的世界上，这是不可能的。 火星在 3 到 40 亿年前最为活跃，目前普遍的观点是这颗行星今天基本上已经死亡。
“地球历史早期的大量火山活动建造了太阳系中最高的火山，并在火山沉积物中覆盖了北半球的大部分地区，”Broquet 说。 “最近历史上发生的很少活动通常归因于冷却行星上的被动过程。”
Elysium Planitia 的火山活动可追溯到 Cerberus Fossae，该地区以延伸 1287.5 公里（800 英里）的年轻裂缝为特征。 在最近的一项研究中，苏黎世联邦理工学院的一个研究小组透露，美国宇航局记录的绝大多数火星地震 洞察力 使命起源于这一地区。 根据研究人员的说法，对此的唯一解释是过去 53,000 年内火山活动的存在。 虽然原因不明，但另一项基于 InSight 数据的研究表明，这些火星地震可能是由移动的岩浆引起的。
为了测试这种可能性，Andrews-Hanna 和他的同事对该地区应用了一个构造模型，该模型显示了直径约 4,025 公里（2,500 英里）的羽流是怎样解释 Cerberus Fossae 的唯一机制。 其他证据支持这一理论，包括地表怎样升高超过 1.5 公里（1 英里）——使其成为北部低地的最高点之一。 此外，对火星重力场细微变化的分析表明，这个隆起区域受到地幔深处的支持，与地幔柱一致。
最后，对该地区撞击坑的测量表明，它们的底部向羽状物倾斜，表明在陨石坑形成后，有某种东西将表面向上推。 作为布罗凯 解释，这些发现对行星科学家用来研究行星的热演化模型提出了重大挑战：
“就你期望看到的活跃地幔柱而言，Elysium Planitia 正在检查所有正确的框。 这种地幔柱影响的火星面积大致相当于美国大陆的面积。 未来的研究将不得不找到一种方法来解释一个预计不会存在的非常大的地幔柱。
“我们曾经认为 InSight 降落在火星上地质最乏味的区域之一——一个漂亮的平坦表面，应该大致代表地球的低地。 相反，我们的研究表明 InSight 恰好落在了活跃的羽流头部之上。”
这些发现将对科学家怎样解释 InSight 记录的地震数据产生重大影响，InSight 自 2018 年以来一直在探测火星深度，以更多地了解其内部结构、热传递和地质演化。 它收集的证据越来越有力地证明了这颗红色星球（曾经被认为已经死亡）仍然有一颗跳动的心脏。 Broquet 说，这类似于阿波罗宇航员进行的地震测量表明月球核心是熔化的。
这些发现也可能对寻找火星上过去（甚至现在）的生命产生影响。 在 2005年欧空局 火星快车 轨道飞行器探测到可能是一块 800 公里（500 英里）乘 900 公里（560 英里）、深 45 米（148 英尺）的火山灰覆盖的水冰。 冰被认为是 2 到 1000 万年前起源于 Cerberus Fossae 裂缝的洪水遗迹，但原因仍然未知。 根据这些最新发现，来自同一岩浆羽流的热量可能也融化了冰沉积物并引发了洪水。
正如 Andrews-Hanna 补充的那样，这种羽流产生的热量还可以维持对生命至关重要的化学反应，从而支持微生物可能仍然存在于今天火星表面之下的理论。 “地球上的微生物在这样的环境中繁衍生息，火星上也可能如此，”他说。 “知道火星表面下有一个活跃的巨大地幔羽流引发了关于地球怎样随时间演化的重要问题。 “我们相信未来会有更多惊喜。”
