有史以来最大的火星地震可能是“洞察号”的绝唱

5 月 4 日，在任务进行三年半后，美国国家航空航天局的“洞察号”着陆器记录了有史以来探测到的最大“火星地震”。这次 5.0 级的地震比之前创纪录的红色星球地震强大近 10 倍，达到了美国国家航空航天局地质学家梦想在火星上发现的上限。这可能被证明是该任务的绝唱。

在创纪录的地震发生不到两周后，美国国家航空航天局宣布“洞察号”遇到了麻烦——不是来自地震活动，而是来自太阳能电池板上缓慢积累的一层铁锈红色尘埃。除非出现偶然的一阵风来清除灰尘，否则着陆器可能会在 7 月初至中旬死亡。现在，美国国家航空航天局的工程师们正在加紧收集尽可能多的数据，利用“洞察号”剩余的时间。

自 2018 年末在火星上着陆以来，“洞察号”面临着一系列独特的挑战。在地球上，地质学家通常使用战略性地放置在地质活动区域并牢固地锚定在地面上的地震台阵列来收集地震数据，以保护它们免受风、水和人群走动造成的过度振动。

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相比之下，“在火星上，我们只有一个地震仪，”布朗大学的行星科学家英格丽·道巴尔说，她帮助规划了“洞察号”的目标。这使得很难 точно 定位地震的确切来源。

除了仅限于单个站点外，“洞察号”的大部分设备都位于地面之上，因为埋藏它们将异常困难。“你不能派挖掘机去火星，”西北大学的地震学家苏珊·范德利说，她没有参与“洞察号”任务。即使部署了防风和太阳能防护罩，“洞察号”的设备仍然容易受到地球地震仪根本不必处理的自然现象的噪声干扰。

该任务配备了一台地下仪器——但不幸的是，它没有按计划运行。“洞察号”的热流和物理性质包，被亲切地称为“鼹鼠”，旨在测量从行星地壳深处向上流动的热量。但是，当“鼹鼠”在 2019 年部署时，它立即遇到了麻烦。事实证明，火星土壤的摩擦力小于“洞察号”地质学家的计划，导致探测器无法达到其计划中约五米的深度。“鼹鼠”最终仅设法穿透了火星表面五厘米。

“无法获得热流测量可能是该任务最大的失望，”洞察号首席研究员布鲁斯·班纳特在 5 月 17 日的新闻发布会上说。

尽管如此，“洞察号”还是为地质学家提供了一个前所未有的窗口，了解火星的内部运作。事实上，该任务非常成功，以至于美国国家航空航天局在其于 2020 年底完成主要目标后，批准了为期两年的延期。根据从 1300 多次火星地震中收集的数据，科学家们现在对行星核心的大小和密度有了更准确的了解，它比之前认为的更大且密度更低。他们还对驱动火星地质活动的机制有了大量的了解。

岩石天体上的地震可能由多种不同的因素触发：断层线、火山、陨石撞击，甚至其他行星的影响。“许多月震是由于地球施加的引力造成的，”范德利说。

地球上大约 90% 的地震是由构造板块的运动产生的，构造板块是行星岩石圈的大块板块，它们在半固态软流层之上滑动，偶尔会相互碰撞。地球的构造板块非常活跃，尤其是在某些断层线附近（想想圣安地列斯断层）。压力在这些区域的板块下方积聚，因为它们相互研磨，并以震动的形式周期性地释放出来。

然而，火星的岩石圈缺乏这些明显的板块边界。“它不是拥有多个构造板块，而是一个厚厚的板块，”道巴尔解释说。这意味着，火星的地震活动并非源于滑动或研磨板块构造，而必须来自其他某种机制。科学家们现在怀疑，大多数火星地震是由行星内部逐渐冷却引起的，很久以前，行星内部足够热，可以喷发出高耸的超级火山，例如奥林匹斯山——整个太阳系中最高和最大的山峰。随着这些火山热点周围的地面在地质时间尺度上沉降，火星地壳像掉落的蛋奶酥一样破裂，将冲击波扩散到整个行星。

这种活动很可能引发了 5.0 级地震。行星科学家认为，在没有剧烈的构造板块运动的情况下，火星地震无法与地震的强度相提并论，地震通常达到 7.0 级及以上。

尽管“洞察号”进行了成功的研究，但地质学家仍然对火星的地震活动存在挥之不去的疑问。例如，地震有时足够浅，可以在我们星球的表面产生起伏的“过山车”波。“我们还没有真正在火星上看到过这些，”范德利说。“而且还不完全清楚为什么。”最近发生的巨大火星地震的确切来源仍然不清楚。

但最有可能的是，这些问题将不得不至少等到——或者如果——欧洲航天局的 ExoMars 火星车任务起飞。“洞察号”可能到期日正在逼近，因为它的太阳能电池板因灰尘而失效。该实验通常每天需要 5000 瓦时的电力才能运行。“今天，我们可用的电力约为十分之一，”美国国家航空航天局喷气推进实验室系统工程师和“洞察号”副项目经理卡蒂亚·萨莫拉·加西亚在 5 月 17 日的新闻发布会上说。ExoMars 火星车原定于今年晚些时候起飞，也配备了地震仪。不幸的是，该项目因俄罗斯入侵乌克兰而被无限期搁置，使“洞察号”没有明确的继任者。

可能会有一阵旋风——一种常见的火星现象——出现，将面板吹干净。此类事件使美国国家航空航天局的“勇气号”和“机遇号”火星车在计划的三个月寿命之外又存活了数年。然而，这种可能性似乎越来越渺茫。“也许我们会遇到一股强劲的尘暴，我们将有足够的电力继续运行一段时间，”道巴尔说。“但我们还没有看到太多这种情况。”

在那之前，“洞察号”团队计划继续尽可能多地从他们的着陆器中挤出地震数据。研究人员将继续研究它已经发回的所有观测结果，并在未来几年内继续研究。道巴尔认为这是一个苦乐参半的结局和一个令人兴奋的开始结合在一起。“对于行星科学家来说，这就是它的意义所在。”