一个行星听诊器即将启程，去倾听火星的心跳。
5 月 5 日，美国宇航局计划从加利福尼亚州范登堡空军基地发射耗资 9.94 亿美元的“洞察号”航天器。该任务的主要工作是将一台地震仪放置在火星表面，并监听在行星内部回荡的地震波。
如果这项努力取得成功，它将标志着首次明确探测到被称为火星震的震动，并解释关于这颗行星内部结构及其演变的长期谜团。“关于火星的所有这些问题，只能用地震数据来解答，” 美国宇航局喷气推进实验室（位于加利福尼亚州帕萨迪纳）的地球物理学家、该任务的首席研究员布鲁斯·班纳特说。
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“这将是火星上的第一个地球物理观测站，” 德国航空航天中心（DLR，位于柏林）的行星地球物理学家安娜-卡塔琳娜·普莱萨补充道。“我们都非常兴奋。”
侧耳倾听
在地球上，地震学家使用遍布全球的测量站网络来探测来自遥远地震的地震波。通过追踪能量在行星内部的反射方式，研究人员可以计算出诸如地球核心大小等基本信息。
但至今还没有人在火星上这样做过。美国宇航局曾尝试过，但其于 1975 年发射的双子座维京号着陆器未能成功。维京 1 号上的地震仪由于一个释放机构无法解锁仪器而失效。维京 2 号上的地震仪收集了大约 2100 小时的数据——但它探测到的所有震动，除了一个可能的例外1，都是由阵风摇晃航天器引起的。地震仪被安装在着陆器的顶部，而不是直接与火星表面接触。
“洞察号”着陆后，它将把法国航天局 CNES 建造的西瓜大小的地震仪放在火星地面上。该仪器将栖身于一个保护性的防风罩下，其三个精密的摆锤将测量最微小的震动。“它几乎是有史以来建造的最灵敏的地震仪，” 美国宇航局马歇尔太空飞行中心（位于阿拉巴马州亨茨维尔）的行星科学家蕾妮·韦伯说。
但是，建造如此精密的仪器并非易事。“洞察号”原定于 2016 年 3 月发射，但密封地震仪的真空密封泄漏导致了 26 个月的延误。此后，该外壳经过重新设计，地震仪已在德国南部的一个地球物理观测站成功进行了测试。
火星之谜
最大的问题是它将捕获多少次火星震。由于没有关于火星地震活动的实际数据，研究人员使用了行星表面地质断层图2，以及关于其内部如何随时间冷却的计算3，来估计火星的地震可能比地球少，但比月球多。（机器人月球着陆器，以及美国宇航局阿波罗计划的宇航员部署的仪器，已经测量到由构造裂缝引起的浅层月震和由地球潮汐力引起的深层月震。）
“洞察号”将降落在埃律西昂平原，这是一个安全且平坦——但地质上很乏味——的地点，靠近火星赤道4。韦伯说，在那里，它可能预计每年测量到一次震级在 2.7 到 4.2 之间的本地火星震。但它也可能探测到来自 1000 多公里以外的遥远区域的更大火星震，例如断层密布的刻耳柏洛斯地堑5 或拥有巨大火山的塔尔西斯地区。“我们的目标是在任务期间收集到大约 30 次地震，”巴黎地球物理研究所的地球物理学家、地震仪团队负责人菲利普·洛格农内说。
火星震越大，它揭示的关于行星内部的信息就越多，因为只有最大的地震事件才能穿透到地核。“7 级震级就很棒了，”韦伯说。“洞察号”可能会在 NASA 希望运行该任务的两个地球年中看到一到两次如此大的地震。
核心问题
来自火星震的数据将帮助“洞察号”绘制火星地壳、地幔和地核之间的边界。这样做可以揭示行星原始岩浆海洋曾经翻腾的深度，以及火星是否曾经有过类似于板块构造的东西。确定火星核心的大小（据认为大约是地球的一半大小）将揭示其密度和成分 6。班纳特说，行星的内部层代表了其存在最初数千万年的记录。研究火星的内部可能也有助于揭示我们自己星球的早期历史，我们的星球在形成后不久可能也经历了许多相同的变化。
与此同时，“洞察号”上的一个无线电科学实验将测量行星在其轴上的摆动方式，以此进一步了解其核心的大小。德国航空航天中心 (DLR) 的一个团队建造的热流探测器将刺穿地表下 5 米，以测量温度随深度和时间的变化。
只要在 6 月 8 日之前发射，“洞察号”就能在 11 月 26 日降落在火星上，并在数周内部署其仪器。对于 20 多年来一直试图将地震仪送往火星的洛格农内来说，那一天再快到来都不为过。
“当我获得第一批数据时，我会更加高兴，”他说。
本文经许可转载，最初于2018 年 4 月 26 日首次发表