美國(guó)宇航局的洞察著陸器在火星核心揭示了一個(gè)驚喜

科學(xué)家們凝視著地球的心臟火星發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常出乎意料的結(jié)構(gòu)。

在那里，在地球的最內(nèi)核，洞察號(hào)地震數(shù)據(jù)顯示了一個(gè)直徑約 600 公里（373 英里）的固體質(zhì)量。這不僅與之前的發(fā)現(xiàn)形成鮮明對(duì)比，即核心是一路軟軟的——這不符合我們目前對(duì)火星核心由什么組成的理解。

“火星擁有堅(jiān)固的內(nèi)核是一件不尋常的事情，”由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)地震學(xué)家畢惠星領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)告訴 ScienceAlert。

“早期研究表明，火星核心含有大量的輕元素，這降低了固相線(xiàn)溫度，并且由于其相對(duì)較高的溫度，核心不太可能結(jié)晶?！?/p>

相關(guān)：令人難以置信的第一次，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了火星核心的東西

直到最近幾年，科學(xué)家們才能夠繪制出這顆紅色星球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。這是因?yàn)槊绹?guó)宇航局的洞察著陸器配備了地震儀，可以記錄地震和隕石撞擊在地球內(nèi)部反彈時(shí)產(chǎn)生的波，對(duì)不同的物質(zhì)密度做出不同的反應(yīng)。

結(jié)果有點(diǎn)像行星大小的“X 射線(xiàn)”，僅由聲波組成。

洞察號(hào)花了四年時(shí)間，從 2018 年到 2022 年，監(jiān)測(cè)火星腹部的顫抖，收集了數(shù)百個(gè)事件的數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)提供了第一張?jiān)敿?xì)的火星內(nèi)部地圖，揭示了與地球相似的結(jié)構(gòu)：堅(jiān)硬的地殼、熔融的地幔和中心致密的核心。

但地球和火星之間存在一些與行星內(nèi)部有關(guān)的關(guān)鍵差異，這就是為什么 Bi 和同事希望獲得有關(guān)火星假定的柔軟和柔軟核心的更多信息。

“與地球不同，火星今天沒(méi)有全球磁場(chǎng)，”研究人員解釋道。

“相反，它的部分地殼被強(qiáng)磁化，這告訴我們火星在遙遠(yuǎn)的過(guò)去曾經(jīng)有一個(gè)磁場(chǎng)。行星的全球磁場(chǎng)由其核心中的“發(fā)電機(jī)”提供動(dòng)力，該發(fā)電機(jī)取決于液體外核中的熱對(duì)流和成分對(duì)流的組合。

“在地球上，輕元素在核心結(jié)晶過(guò)程中優(yōu)先留在液體中，導(dǎo)致內(nèi)核邊界處殘留浮力液體。這種機(jī)制被認(rèn)為在維持當(dāng)今地球磁場(chǎng)方面發(fā)揮著重要作用。相比之下，對(duì)于火星來(lái)說(shuō)，事情的運(yùn)作方式似乎有所不同。

對(duì)地球?qū)拥难芯恳蕾?lài)于來(lái)自多個(gè)地震站的地震數(shù)據(jù)。在火星上，洞察號(hào)只在一個(gè)地點(diǎn)度過(guò)了它的時(shí)間。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，研究人員依靠撞擊事件，其中大巖石撞擊火星表面，聲波在火星上蕩漾。

他們確定了 23 個(gè)高信噪比撞擊事件，并使用了地震陣列分析技術(shù)，這些技術(shù)通常應(yīng)用于來(lái)自地球上多個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

研究人員說(shuō)：“這種方法使我們能夠根據(jù)地震階段到達(dá)空間站的方式、指定的入射角和到達(dá)時(shí)間來(lái)挑選特定的地震階段。“通過(guò)這樣做，我們能夠檢測(cè)到穿過(guò)火星核心正中心的波和來(lái)自?xún)?nèi)核邊界的反射，這為固體內(nèi)核提供了關(guān)鍵的觀測(cè)。”

火星核心的組成似乎與地球的成分略有不同?；鹦堑暮诵囊仓饕设F制成，但其中混合了更高比例的硫、氧和碳——理論上較輕的元素應(yīng)該會(huì)降低混合物凝固的溫度，由稱(chēng)為固相線(xiàn)的極限定義。

由于火星的核心比這個(gè)溫度熱得多，科學(xué)家們認(rèn)為火星的核心應(yīng)該一直很軟。

地震波根據(jù)它們?nèi)绾未┻^(guò)行星內(nèi)部進(jìn)行分類(lèi)。P 波是最快的，穿過(guò)地殼和地幔。K 波是穿過(guò)行星外核的波。I 波是穿過(guò)內(nèi)核的波，而小寫(xiě)的 i 代表從內(nèi)核外邊界反彈的波。

這些字母可以放在一起來(lái)描述波浪的路徑;例如，PKiKP 波穿過(guò)地幔，進(jìn)入外核，從內(nèi)核反彈，通過(guò)外核返回，然后到達(dá)地幔。

在他們的數(shù)據(jù)中，研究人員發(fā)現(xiàn)的不僅僅是一個(gè)波，而是多個(gè)波，分別表明火星存在固體內(nèi)核。

“檢測(cè)到 PKiKP 浪潮本身就是強(qiáng)有力的證據(jù)，但我們也看到 PKKP 比預(yù)期更早到達(dá)，這提供了進(jìn)一步的證實(shí)。除此之外，我們的模型預(yù)測(cè)了——我們的數(shù)據(jù)證實(shí)了——其他與內(nèi)核相關(guān)的階段，包括更遠(yuǎn)距離的 PKiKP、PKIIKP，甚至是穿過(guò)內(nèi)核的 PKPPKP 的新分支，“他們解釋道。

“這些多個(gè)階段至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兿嗷ソ徊骝?yàn)證，并且始終指向同一個(gè)結(jié)論：火星確實(shí)有一個(gè)堅(jiān)固的內(nèi)核。”

目前尚不清楚這到底是如何發(fā)生的。需要進(jìn)行建模來(lái)探索所涉及的溫度、壓力和成分條件，以及重元素和輕元素的分配方式，以嘗試復(fù)制團(tuán)隊(duì)的結(jié)果所揭示的內(nèi)容。

然而，結(jié)果還是令人興奮的。這種進(jìn)一步的探索可能會(huì)讓我們更深入地了解火星是如何失去了它的發(fā)電機(jī)及其全球磁場(chǎng).它還可能揭示一些關(guān)于巖石行星的方式——那些科學(xué)家認(rèn)為最有可能以我們所知的方式容納生命——進(jìn)化。

研究人員說(shuō)：“火星內(nèi)核的大小和特性是了解火星熱和化學(xué)演化的重要參考。

“更清楚地了解內(nèi)核的形成及其對(duì)火星磁場(chǎng)歷史的影響，需要更詳細(xì)的建模，最好是在比較行星學(xué)框架內(nèi)?！?/p>

該研究已發(fā)表在自然界.

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