哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站地震学、地质学和构造物理学副主任Art Lerner-Lam解释道。
我们对地球和太阳系中其他行星的基本结构和成分的理解，大部分是没有争议的。我们可以从行星的大小、质量和惯性矩中推断出惊人的信息量，所有这些都可以通过常规的天文观测来确定。地表化学成分的测量，无论是通过直接采样（如在地球、月球和火星上所做的那样）还是通过光谱观测，都可以用来估计元素丰度和行星从太阳星云凝聚时发生的化学分异程度。引力场的遥感观测可以用来了解行星质量的分布情况，而磁场的强度和形状则为金属核的结构提供了一些约束。然而，结构和成分的具体细节更具争议性。正是这些细节告诉我们一个关于行星内部动力学及其演化的更广泛、最终也更有趣的故事。因此，试图确定这些细节几乎是地球和行星科学所有领域的前沿研究。
即使在地球上，许多这些细节也必须从遥感观测中推断出来。由于我们无法对地球深处进行采样，我们必须通过观察火成岩和变质岩中隐藏的线索，或者通过检查成分和结构的替代指标（例如地震波速度的三维变化，这些地震波是由地震产生，并由地表地震仪网络采样）来推断其成分。已故的弗朗西斯·伯奇，这位著名的哈佛地球物理学家，以及他的同事和学生们，研究出了将这些不同的观测结果结合在一起的基本方法。伯奇展示了岩石的刚度在行星内部深处极端压力和温度条件下，以及随着化学成分的变化而发生的变化。由于地震波的速度取决于其传播介质的刚度，因此有可能从地震波速度图计算出温度和成分。目前的大部分研究都是基于伯奇的工作，甚至已经扩展到地球核心最极端的温度和压力条件。例如，我们对驱动板块构造的大规模和小规模对流模式的理解，很大程度上来自于使用伯奇类型的温度和成分替代指标。
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
然而，伯奇知道，应该谨慎地进行这种解释。他在1952年发表在《地球物理研究杂志》上的开创性论文，也因其对将实验室和替代观测结果外推到行星高压和高温内部所固有的不确定性的半开玩笑式的讲座而闻名。伯奇提供了一块小小的罗塞塔石碑，使未来的研究人员能够解释他的方法所取得的成果。因此，在谈论行星内部的化学成分时，“确定”应该被“可疑”取代，“确凿的证据”应该被“模糊的暗示”取代，并且，在谈论地球核心时，“纯铁”应该被“所有元素的不确定混合物”取代。显然，我们今天比50年前知道的更多，但伯奇的话在每一个教室和实验室里都引起共鸣。
我们如何才能提高我们对其他行星的理解？载人和无人任务将地震仪部署到月球和火星上，这些地震仪提供了诱人但最终有限的信息，之后就停止了运行（尽管“勇气号”和“机遇号”探测车继续将火星的化学分析和照片传回地球）。几乎所有正在设计阶段的行星着陆任务都包括地震仪器，有些甚至包括样本返回。希望最好的科学研究还在后头。但即使在地球上，数千台地震仪已被部署，并且新的实验，例如美国国家科学基金会的“地球透镜”，正在进行中，每一项新的观测都会引发与解答一样多的问题。地球的故事已经写好了，但我们才刚刚写了最初的几章。
答案最初发表于2004年8月23日。