火星的心脏：地震波揭示了红色星球的内部秘密

一项新的研究发现了对火星中心的液体核心的耐人寻味的见解，进一步了解了这个星球的形成和演变。这项由布里斯托尔大学领导并发表在《美国国家科学院院刊》上的研究，揭示了有史以来第一次探测到的进入火星核心的声波。从这种被称为地震波的声能中进行的测量表明，其液态核心的密度和体积比以前认为的略小，并由铁和许多其他元素的混合物组成。

这些发现更加引人注目，因为这项研究任务最初只计划持续一个多火星年(两个地球年)。尽管火星风暴加速了灰尘的积累并减少了NASA InSight火星登陆器的动力，但NASA延长了它的停留时间，因此地球物理数据，包括火星地震的信号，继续被收集到去年年底。

主要作者、布里斯托尔大学地球科学高级讲师杰西卡-欧文博士说："额外的任务时间肯定得到了回报。我们已经首次观察到地震波在火星核心中的传播。两个地震信号，一个来自非常遥远的火星地震，一个来自火星远方的陨石撞击，使我们能够用地震波探测火星核心。我们实际上一直在倾听穿越另一个星球的心脏的能量，现在我们已经听到了它。"

InSight任务的地震仪(洞察号)虽然被几年的火星尘埃所覆盖，但还是能够捕捉到来自火星远方的地震事件的记录。美国宇航局的InSight火星登陆器使用其安装在登陆器上的仪器背景相机(ICC)获得了登陆器前方区域的这一图像。资料来源：NASA/JPL-Caltech

"这些对火星核心弹性特性的首次测量有助于我们研究其组成。它不仅仅是一个铁球，还含有大量的硫，以及其他元素，包括少量的氢。"

研究小组利用美国宇航局InSight登陆器的数据，这是一个旨在探测火星内部的机器人航天器，用来比较穿越火星核心的地震波和穿越火星较浅区域的地震波，并建立火星内部属性模型。

InSight登陆器于2018年在火星表面部署了一个宽幅地震仪，可以探测地震事件，包括火星地震和陨石撞击。 包括地震学家、地球动力学家和矿物物理学家在内的多学科科学家团队，利用对位于地震仪对面半球的两个地震事件的观察，测量了通过核心的地震波相对于留在地幔中的地震波的传播时间。

欧文博士说："所谓的'远方'事件，指的是那些位于地球对面的InSight的事件，本质上更难探测，因为当波穿过地球时，大量的能量会损失或转移。我们需要运气和技巧来发现，然后利用这些事件。在火星运行的第一年，我们没有探测到任何远处的事件。如果任务在那时结束，这项研究就不可能发生。"

"第976次火星地震是这次任务中发现的最遥远的事件。第二个远方事件，S1000a--在行动的第1000天检测到的第一个事件--特别有用，因为它被证明是一个陨石撞击，我们在整个星球上都听到了它的声音，所以我们知道地震信号来自哪里。这些事件是在火星地震局(MQS)在数百天的火星数据上磨练了他们的技能之后发生的;然后需要整个洞察团队的大量地震学专业知识，才能从着陆器记录的复杂地震图中找出这些信号。"

作者利用这些测量结果建立了描述核心物理特性的模型，包括其大小和弹性波速。结果表明，火星的核心比以前的估计略微密集和小，半径约为1780-1810公里。这些发现与火星核心具有相对较高比例的铁合金轻元素是一致的，包括丰富的硫和少量的氧、碳和氢。

共同作者、美国马里兰大学学院公园分校地质学副教授Ved Lekic说："探测和了解穿越另一个星球核心的波是令人难以置信的挑战，反映了来自多个国家的数百名科学家和工程师几十年的努力。我们不仅要利用复杂的地震分析技术，而且还要利用InSight团队的专业知识，部署关于高压和高温如何影响金属合金属性的知识。"

欧文博士补充说："新的结果对于理解火星的形成和演化与地球的形成和演化有何不同非常重要。关于红色星球的形成条件和构件的新理论将需要能够与这项新研究所揭示的核心的物理特性相匹配"。

杰西卡-欧文博士和共同作者、布里斯托尔大学的地震学家安娜-霍尔斯顿博士得到了英国航天局的资助。