开创性研究揭示了火星的起源和组成

一项新研究揭示了对火星中心液体核心的有趣见解，进一步加深了对行星形成和演化的理解。

这项由布里斯托大学领导并发表在国家科学院院刊上的研究揭示了声波进入火星核心的首次探测结果。对这种称为地震波的声能的测量表明，它的液态核心比之前认为的密度稍大一些，体积也更小，并且包含铁和许多其他元素的混合物。

这些发现更加引人注目，因为研究任务最初只计划持续一个火星年(两个地球年)多一点。尽管火星风暴加速了灰尘的积累并降低了 NASA InSight 火星着陆器的功率，但 NASA 延长了停留时间，因此继续收集地球物理数据，包括火星地震信号，直到去年年底。

主要作者、布里斯托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。我们对穿过火星核心的地震波进行了首次观测。两个地震信号，一次来自非常遥远的火星地震，一次来自地球远端的陨石撞击，使我们能够用地震波探测火星核心。我们一直在有效地倾听穿过另一个行星中心的能量，现在我们听说过。

“这些对火星核心弹性特性的首次测量帮助我们研究了它的成分。它不仅仅是一个铁球，还含有大量的硫，以及包括少量氢在内的其他元素。”

研究人员团队使用来自 NASA InSight 着陆器(一种旨在探测火星内部的机器人航天器)的数据，将穿过行星核心的地震波与穿过火星较浅区域的地震波进行比较，并对火星内部的特性进行建模。

InSight 着陆器于 2018 年在火星表面部署了一个宽带地震仪，可以检测地震事件，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地震仪对位于对面半球的两个地震事件的观测，测量了穿过地核的地震波相对于留在地核中的地震波的传播时间地幔。

欧文博士说：“所谓的‘远侧’事件，意思是地球与 InSight 相对的那些事件，本质上更难检测，因为当波浪穿过地球时，大量的能量会丢失或转移。我们需要运气和技巧才能找到并使用这些事件。我们在火星运行的第一年没有发现背面事件。如果当时任务结束，这项研究就不会发生。

“sol 976 火星地震是任务期间发现的距离最远的事件。第二个背面事件，S1000a——在运行第 1000 天检测到的第一个事件——特别有用，因为它原来是陨石撞击，我们在整个地球上都能听到，所以我们知道地震信号来自哪里。这些事件发生在 Marsquake Service (MQS) 在数百天的火星数据上磨练了他们的技能之后;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梳理出信号。”

作者使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，火星的核心比之前的估计密度稍大，体积也更小，半径约为 1,780–1,810 公里。这些发现与核心具有相对较高比例的与铁形成合金的轻元素一致，包括丰富的硫和少量的氧、碳和氢。

合著者、马里兰大学帕克分校地质学副教授 Ved Lekic 说：“检测和理解穿过另一个行星核心的波浪具有极大的挑战性，这反映了数百名科学家数十年来的努力和来自多个国家的工程师。我们不仅需要利用复杂的地震分析技术，还需要运用有关高压和高温如何影响金属合金性能的知识，从而利用 InSight 团队的专业知识。”

欧文博士补充说：“新结果对于了解火星的形成和演化与地球有何不同非常重要。关于这颗红色星球形成条件和组成部分的新理论需要能够与这项新研究揭示的核心物理特性相匹配。”

杰西卡·欧文 (Jessica Irving) 博士和合著者布里斯托大学 (University of Bristol) 的地震学家安娜·霍勒斯顿 (Anna Horleston) 博士得到了英国航天局的资助。