红色星球内部潜伏着什么？尽管质量只有地球的十分之一，但火星看起来曾经像我们自己的世界一样适合居住，这促使科学家们想知道这种相似性是否深入到两个星球的核心。在它的内部，火星仍然是地球的缩小版镜像，还是行星间的相似性只是表面的？
从过去的任务提供的引力数据中收集到了一些诱人的线索。但现在，由于美国宇航局洞察号着陆器前所未有的测量，火星的内部得到了前所未有的揭示。在2018年末到达火星表面后不久，洞察号一直在监测穿过行星的地震波，并利用这些“火星震”的回声反射来绘制地下地图。此前只有地球及其卫星受到过如此深入的审查。结果显示，这个世界既像我们的世界，又不像我们的世界，并在一个巨大的岩石天体宇宙中提供了令人兴奋的第二个数据点。“洞察号有点像第一架观察行星内部的望远镜，”美国宇航局总部火星探索项目首席科学家迈克尔·迈耶说。
洞察号（利用地震调查、大地测量和热传输进行内部探索）并非典型的火星任务。其他任务，例如最近着陆的毅力号，被送往可能曾经支持生命的科学资源丰富的目的地，而洞察号在极乐平原的着陆区则明显平淡无奇，有些人将其描述为“停车场”。该地点平坦光滑——除了散落的岩石和撞击坑外，几乎没有任何特征——是固定着陆器研究火星内部的理想场所。由法国航天局提供，并在2018年12月由洞察号的机械臂轻轻放置在表面的“内部结构地震实验”（SEIS）仪器，被包裹在一个圆顶屏蔽罩中，使其能够探测在火星中移动的波，而不会受到风或沙尘暴的干扰。风暴。SEIS“可以看到原子大小的振动运动，”安德鲁·拉扎列维奇说，他参与了1976年尝试使用美国宇航局维京2号着陆器上的地震仪探测地震波的行动。
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在今天发表在《科学》杂志上的一系列论文中，研究人员描述了他们如何使用该仪器来追踪由数十次探测到的火星震引起的地震波穿过火星内部。这些事件可能是由陨石撞击行星表面引起的，甚至是岩浆的搅动（一些事件发生在附近的刻耳柏洛斯地堑，这是一个显示近期火山活动迹象的地质构造）。在矩震级上小于4级，所有这些地震都太小了，以至于在地球上几乎无法察觉。但SEIS清晰地记录了它们，使研究人员能够追踪它们在火星内部的回响，一直到其核心，揭示了内部发生的事情。
苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的西蒙·施塔勒和他的同事测量了波从核心反射的情况，以计算其大小和整体成分。他们发现它的半径可能为1,830公里，比预测的大了几百公里。反射波的强度表明，它们是从主要由熔融铁和镍组成的核心反射出来的。施塔勒说，核心的大小是一个“惊喜”。“人们假设它必须在1500或1600公里的数量级上”，基于这样一个事实，即按公斤计算，火星比地球密度略低，并且核心预计主要由铁和镍组成，这比岩石重。相反，结果表明火星的核心半径与其行星半径之比与地球相似——这与直觉相反，意味着相对低密度的火星核心必须富含其他元素，例如硫和氧，它们在地球核心中的含量相对较少。为什么火星的核心会与我们的核心具有不同的成分尚不清楚。“如果你假设火星是由与地球相同的组成部分构成的，那么就不太容易解释，”施塔勒说。
地球物理研究所的阿米尔·汗和他的同事向外移动，利用地震波探测了火星的地幔，即行星核心和地表地壳之间的区域。尽管地球在其核心上方有一个绝缘的液态下地幔层，但在我们邻近的世界中没有这样的特征。“火星上不存在下地幔，”汗说。相反，在核心上方，火星的下地幔类似于地球的上地幔，然后让位于一个更高层、更冷且更脆的岩石圈。研究表明，火星的岩石圈厚约500公里，而地球的岩石圈厚约250公里。汗说，如此厚的岩石圈可能是火星今天缺乏板块构造的原因。这种不寻常的地下层构造也可能解释了这颗红色星球是如何失去热量的，因为与地球不同，它在核心上方缺乏绝缘液态地幔层。
在表面，德国科隆大学的布丽吉特·克纳普迈耶-恩德伦和她的同事测量了火星地壳的厚度。他们发现了洞察号下地壳的两种可能性：一种对数据的解释表明，一个像地球一样的双层地壳，厚度为20公里。另一种则暗示存在三层，总厚度为39公里。对于整个行星，研究人员估计地壳厚度可达72公里，比预测的薄了几十公里。如果准确，那么这个估计值可能成为深入了解地球和火星最初形成方式之间根本差异的重要窗口。“大部分地壳真的很古老，来自行星的早期，而在地球上，由于板块构造，我们进行了大量的循环利用，”克纳普迈耶-恩德伦说。
总体而言，结果揭示了地球和火星之间有趣的差异。“他们使用这单个仪器所做的事情是了不起的，”拉扎列维奇说。尽管是岩石世界，在相对靠近太阳的地方出现，但这两种行星的形成方式可能不同。例如，它们可能由围绕年轻太阳的尘埃和气体盘中循环的不同混合材料凝聚而成。此外，如果洞察号在其任务期间设法对火星的内核进行地震探测，那将有助于解决该行星如何失去其保护性磁场的长期谜团，这一事件被认为可能发生在40亿年前，并可能使太阳风席卷了该世界的大部分大气层。
直到1889年，我们才首次测量了穿过地球地幔的地震波，得以一瞥我们自己世界的内部。现在，一个多世纪之后，我们有了宇宙中另一颗行星的首次比较测量结果，尽管这些可能只是科学家们深入研究洞察号数据时未来可能出现的一点预告。“现在我们知道核心有多大，并且我们对地壳和地幔有了更多的了解，我们可以根据我们现在拥有的内部模型重新解释我们迄今为止探测到的事件，”施塔勒说。