2021年9月撞击火星的陨石改写了科学家对这颗行星内部的认知。
通过分析撞击后在行星上传播的地震能量，研究人员发现了一个包裹火星液态金属核心的熔岩层。 这一发现今天在《自然》杂志的两篇论文中报道，这意味着火星核心比之前认为的要小。 它还解决了一些关于这颗红色星球数十亿年来的形成和演变过程中长期存在的问题。
这一发现来自 NASA 的 InSight 任务， 该任务在火星表面着陆了一个带有地震仪的探测器。 在 2018 年至 2022 年间，该仪器 探测到数百次“火星震”撼动了这颗行星。 地震或撞击产生的地震波会根据它们穿过的物质类型而减速或加速，因此地震学家可以测量波的传播来推断行星内部的样子。 在地球上，研究人员利用地震的信息发现了地球的层：脆性的外地壳、大部分固体的地幔、液态外核和固态内核。 弄清楚其他行星是否具有相似的层是了解其地质历史的关键，包括它们是否曾经适合生命存在。
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InSight 的地震仪是第一个探测到火星震的仪器。 2021 年 7 月，根据该任务对 11 次地震的观测，研究人员报告称，火星的液态核心半径似乎约为 1,830 公里。 这比许多科学家预期的要大。 它还表明，核心含有惊人地高含量的轻化学元素，例如硫，与铁混合在一起。
“但 2021 年 9 月的陨石撞击‘解锁了一切’，”巴黎地球物理研究所的地球物理学家、今天其中一篇论文的第一作者 Henri Samuel 说。 这颗陨石撞击了行星上与 InSight 所在位置相反的一侧。 这比 InSight 之前研究的火星震要远得多，并使探测器能够探测到一直穿过火星核心的地震能量。 英国布里斯托大学的地震学家、Samuel 论文的合著者 Jessica Irving 说：“我们非常兴奋。”
解谜
对于 Samuel 来说，这是一个检验他的想法的机会，即熔岩层环绕着火星的核心。 地震能量穿过行星的方式表明，科学家们之前认为的液态核心和固态地幔之间的边界（距离行星中心 1,830 公里）实际上是液态和固态之间的不同边界。 它是新发现的熔岩层与地幔的顶部相遇（参见“重新思考火星核心”）。 Samuel 说，实际的核心埋藏在该熔岩层之下，半径仅为 1,650 公里。
修订后的核心尺寸解决了一些难题。 这意味着火星核心不必包含大量的轻元素——更符合实验室和理论估计。 行星内部的第二层液态层也与其他证据更好地吻合，例如火星如何响应其卫星火卫一的引力拖拽而变形。
苏黎世联邦理工学院 (ETH) 的地震学家 Simon Stähler 说：“这是一个优雅的解决方案”，他领导了发表 2021 年论文的团队。 他坚持他的团队的结论，即它已经发现了一个液态和固态之间的深层边界； 结果证明它只是熔岩层的顶部，而不是液态金属核心的顶部。
奇特的层理
今天在《自然》杂志上的第二篇论文来自一个独立于 Samuel 团队的团队，他们也认为火星的核心被一层熔岩包裹着，但估计核心半径为 1,675 公里。 这项工作分析了来自同一遥远陨石撞击的地震波，以及火星核心高压和高温下熔融元素（如铁、镍和硫）混合物特性的模拟。 苏黎世联邦理工学院的地球物理学家、第一作者 Amir Khan 说，熔岩紧靠熔融铁“似乎是独一无二的”。 “你有这种液-液分层的特性，这在地球上是不存在的。”
Samuel 说，熔岩层可能是曾经覆盖火星的岩浆海洋遗留下来的。 当岩浆冷却并凝固成岩石时，会在地幔底部留下深厚的放射性元素层，这些元素仍然释放热量并使岩石保持熔融状态。
InSight 着陆器 现在已停止运行，其太阳能电池板覆盖着灰尘，因此科学家不太可能在短期内收集到任何可以大幅修改火星核心尺寸的证据。 但是，对该任务过去观测的回顾可能会揭示火星内部的一些新细节。
本文经许可转载，并于 2023 年 10 月 25 日首次发表。