几十年来，行星科学家一直认为火星是死的。
地质学上来说是这样。这颗行星比地球小，形成后冷却速度会比地球快。有一段时间，它曾是火山活动非常活跃的星球。人们的假设是，当内部温度逐渐降低时，这颗行星产生大规模地质活动（如巨大的火山和“火星地震”）的能力也会随之降低。
然而，新的发现否定了这种观点。事实证明，火星只是大部分是死的。科学家们发现，火星上的一个大区域一直容易发生地震，甚至在最近的地质时期还发生过轻微的火山活动，这表明地表之下有东西正在酝酿。但那是什么呢？
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在查看了来自多个火星机器人任务的数据后，一个行星科学家团队得出了惊人的结论，即行星地幔中向上移动的巨大热物质柱正在从下方推挤地壳，产生压力，导致地表破裂并引发构造活动。这种被称为地幔柱的现象可能是火星内部相对较新的特征，在地球上也有类似的现象。它甚至可能对火星上现存的生命——或者更准确地说，是内部的生命——产生影响。这项研究于2022年12月发表在《自然·天文学》杂志上。
火星曾经是一颗火山活动频繁的行星。地表仍然布满了古老的土堆，包括一个叫做奥林匹斯山的土堆。这座巨山的直径超过600公里，大约相当于科罗拉多州的长度，并且高出其行星的平均表面海拔21公里，大约是珠穆朗玛峰的两倍半。尽管火星上的其他火山较小，但它们仍然是巨大的，而且都非常古老。
火星上的大规模火山活动在行星年龄不到十亿年时就开始了，并在之后的大约十亿年里一直活跃。在全球范围内，火山的建造在那之后几乎停止了。有证据表明奥林匹斯山上的一些熔岩流可以追溯到仅几百万年前，但这些都是小规模事件，可能是零星发生的。大约在三十亿年前，火星上活跃火山建造的时代结束了。相比之下，地球上大多数活火山的年龄都不到一百万年。
直到最近，科学家们还认为这就是红色星球火山活动的结局。然而，绕火星运行的航天器拍摄到了高分辨率图像，显示最终篇章尚未写完。在被称为刻耳柏洛斯槽沟的地区，地表有大量裂缝（槽沟是沟壑或裂缝），其中一个特征是沿着它延伸数十公里的深色条纹状物质。来自轨道的测量表明，该物质富含辉石，这是火山熔岩中常见的矿物。令人吃惊的是，这些外流可能只发生在数万年前。这在行星时间尺度上是很近的，并指向地表下正在进行的活动。
此外，在2018年，美国宇航局的“洞察号”着陆器在广阔的埃律西昂平原地区着陆，地点距离刻耳柏洛斯槽沟约1600公里。“洞察号”是帮助测量火星地表以下情况的任务的一部分，它配备了一个地震仪，在其运行期间探测到数百次小型火星地震，以及几次能量中等偏上的地震。绝大多数地震似乎都来自刻耳柏洛斯槽沟的方向。同样，这种活动表明火星地幔可能尚未完全死亡。
在新的《自然·天文学》研究中，科学家们关注火星的这个区域。行星表面的大部分区域都显示出压缩特征，例如皱脊，这些皱脊是在行星表面冷却收缩时形成的。相比之下，埃律西昂平原是表面上的一个隆起，被视为扩张的证据：当地区域扩张时地壳的拉伸。构成刻耳柏洛斯槽沟的裂缝是地壳因扩张而分裂开来的裂缝。科学家们还注意到，在数百万年前形成的撞击坑的坑底远离隆起的中心倾斜，如果在地表被向上推之前形成，这是可以预期的。这些发现共同表明，无论是什么原因导致隆起，它都相对年轻。
所有这些证据都与地幔柱一致。如果您曾经观察过水沸腾或热气球飞行，那么您可能熟悉地幔柱的基本概念：热物质上升，而冷物质在称为对流的过程中下沉。行星的核心很热，而上方的地幔则稍冷，因此在地幔底部加热的物质会上升。
这里的意外之处在于，火星的大部分地幔（以及地球的地幔）实际上是固体的；认为它是液体是一种误解。但是对流甚至可以在固体中起作用。构成地幔主体的硅酸盐材料是晶体，并且晶体结构中可能存在缺陷和断裂。在地下巨大的压力下，来自下方材料的原子可以填充这些裂缝，这个过程称为位错蠕变。通过这种方式，靠近核心的较热物质可以缓慢上升，本质上是流动的。这是一个极其缓慢的过程；地球地幔的平均流动速度约为每年几厘米，大致与您的指甲生长速度一样快。
尚不清楚地幔柱是如何形成的。在地幔核心上方的底部，一个比平均温度更高的热点可能会形成一个对流更强的区域，在该区域中，物质以更受约束的柱状流动。这个地幔柱会在数千万年或数亿年的时间里上升到地表。当它靠近地壳时，压力会低得多，并且固体物质会液化。它会散开，形成一个蘑菇状的帽，向上推挤地壳，从而形成像埃律西昂平原中看到的那样的扩张特征。
这种情况可以解释刻耳柏洛斯槽沟中几乎所有的异常现象：隆起、裂缝、火山喷发、地震。对火星重力场的测量甚至表明，刻耳柏洛斯槽沟下的重力场略微减弱，这与密度较低的地幔向上推挤地壳的情况一致。这些发现表明，隆起是由非常深的地下支撑的。
科学家们使用计算机模型来模拟火星的地球物理学，发现如果地幔柱比周围地幔热95到285摄氏度，并且密度略低，并且几乎直接位于槽沟下方中心，则可以做到这一点。它将形成一个覆盖数千公里的帽，并将地壳向上推约一公里，再次与刻耳柏洛斯槽沟相匹配。它也将是一个年轻的特征：刻耳柏洛斯槽沟及其周围的活动似乎大约在3.5亿年前开始，远在行星内部其他所有大型引擎有效关闭之后。
尽管地幔柱模型与观测数据非常吻合，但科学家们承认可能还有其他解释。例如，一团密度略低的地幔物质可能只是坐在该区域下方，这将解释重力读数，尽管它无法解释隆起或任何其他现象。从字面上看，涵盖最广的观点是地幔柱。
如果该假设被证明是正确的，那么这确实是重要的新闻。首先，在得出许多关于火星内部的结论时，科学家们一直假设埃律西昂平原是无聊的——只是火星上的另一个地点。如果它位于巨大的热的、低密度物质柱的顶部，那将改变我们应该如何解释“洞察号”的地震测量结果。
尽管目前来看有点牵强，但地幔柱可能对生命产生影响。科学家们长期以来一直认为火星地表下的水以冰的形式存在，但温暖的地幔柱可能会将一些水囊加热到足以使其液化的程度。地球上的生命需要液态水，因此考虑火星地表深处存在生物的可能性也许并非愚蠢之举。
在那种情况下，火星可能并非完全死亡，无论是地质学意义上还是更常见的生物学意义上。我们才刚刚开始了解红色星球的真实本质，而且我们越是观察，就越发现它仍然充满活力。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。