你還在看火星的表面,科學家卻看到了火星的內部,那裡是什麼樣的

天空之城 2021/07/27 檢舉 我要評論

2020年是一個「火星大年」,人類一口氣發射了三個探測器去火星進行探測,分別是中國的天問一號,美國的毅力號和阿聯酋的希望號。

(圖片說明:洞察號)

今年年初的時候,三個探測器陸續抵達火星,並且有兩輛火星車順利著陸,在火星表面展開探索,並且傳回了一系列火星表面的壯觀圖片。不過,就在我們還在體驗火星表面環境的時候,科學家們已經逐漸看清火星的內部結構了。帶領我們看清火星內部的,並不是上述三個探測器,而是另一個探測器——洞察號。

洞察號是美國宇航局在2018年5月發射的火星著陸器,它的主要目的,就是要瞭解火星的內部結構。從著陸開始到現在,它測量了超過700次的火星地震,並利用其中35次的資料,説明科學家繪製了一幅史無前例的火星地殼、火星幔以及火星核的地圖,這也是人類歷史上首次利用地震資料對其他行星進行內部結構的研究。

(圖片說明:火星內部結構示意圖)

地震的確是地球上最恐怖的自然災害之一,但是在沒有人的星球上,地震是科學家研究天體結構的重要工具。當地表深處某個位置發生震動時,地震波就會開始向周圍各個方向傳播,並且在遇到不同的材料時產生不同的傳播和反射效果。通過分析這些特徵,科學家就可以推測出星球的內部有什麼。

和地球不同的是,火星似乎比較平靜。我們知道,地震是板塊運動的結果,但火星上沒有板塊構造。雖然火星上有一些非常古老的火山區域,可是最近也沒有新的火山活動。甚至在更深處,火星似乎也沒有像地球這樣以熔融狀態滾動的內核,導致它連磁場都沒有。因此,長期以來,很多人都認為火星上不會有地震。

(圖片說明:祝融號火星車拍攝的火星表面)

不得不說,在這種情況下還堅持發射洞察號,美國宇航局還真是有勇氣。幸運的是,在2019年4月,它檢測到了第一次來自于火星深處的震動——大膽的嘗試沒有白費,我們將可以通過地震來瞭解火星內部結構了!

隨後,地震探測工作進行得很順利,超過700次火星震被記錄,其中35個的強度足以幫助科學家進行分析了。這個比例看似低了點,但考慮到火星本就沒有什麼板塊活動,再加上洞察號是孤軍奮戰,不像地球上都是利用多個監測站來獲取資料,所以35次已經不少了。更何況,這已經足以讓科學家來進行分析了。

(圖片說明:洞察號利用地震波對火星內部結構進行分析)

德國科隆大學的Brigitte Knapmeyer-Endrun介紹洞察號的原理說:「地震學主要通過速度的對比來進行測量,在不同的物質中,地震波傳播的速度有所不同。而且就像光一樣,我們可以觀測到類似於反射和折射的現象。」

最終,這些資料讓科學家們一口氣輸出了三篇論文,分別介紹了火星地殼、火星幔和火星核三層結構,在《科學》雜誌上向世人介紹了紅色星球那隱藏在地表以下的神秘結構。

第一篇文章的主要內容,就是介紹火星地殼的結構和特點。研究人員指出:火星地殼的厚度大約在24-72公里之間,並且至少有兩層結構。

(圖片說明:火星)

他們還發現,火星地殼的最上層表現出了驚人的多孔性,尤其是洞察號著陸的區域,地殼薄得出奇。研究人員指出:導致這個現象的原因,應該在於地殼中放射性元素含量比較高,超出了以往的想象。

第二篇論文,討論的就是火星地幔了。洞察號的資料表明,這一層基本由單純的岩石層構成,岩石圈的厚度達到了400-600公里。和火星地殼一樣,火星幔中可能也含有比較多的放射性元素。

(圖片說明:美國機智號直升機拍攝的火星表面)

在最後一篇論文中,研究人員對火星核進行了介紹。他們指出:火星核比此前想象要大得多,達到了1830公里。要知道,火星半徑也就是3390公里,這意味著火星核的半徑超過了行星半徑的一半,也比此前預測的要大了200公里左右。

另外,根據地震資料,研究人員發現火星核也是液態的。考慮到火星核比想象中更大,而其本身質量又是確定的,那就意味著核心的密度要更低一些。研究人員據此推測,或許是核心處的元素除了鐵和鎳這種比較重的金屬之外,還有硫、氧、碳、氫等相對比較輕的非金屬元素。

(圖片說明:火星內部分層)

瑞士蘇黎世聯邦理工學院的行星地震學家Simon Stähler說:「為了研究地核,科學家們花費了數百年的時間;在阿波羅任務之後,對月核的測量也耗費了他們40年的時間。而洞察號僅僅花了2年的時間,就探測到了火星的核心。」

對於火星內部,尤其是核心處的探測,很大程度上幫助科學家們瞭解火星是如何失去它的磁場以及內核發電機的。正是因為失去了磁場,火星上的水蒸氣等氣體,最終從曾經最宜居的天體之一,變成了今天這個荒涼的世界。

同時,我們也可以借此研究地球磁場的運行機制,這對於我們來說,同樣至關重要。

(圖片說明:本次研究也有利於我們理解地球內部結構)

雖說人類目前還不能挖穿地球,但是我們不僅有手段去瞭解地球內部,甚至還研究了其他星球的內部。

不過,不論是這一次洞察號的研究,還是對地球內部的研究,我們仍然停留在非常初級的階段。有人說我們對地球內部的瞭解,還不如對宇宙的瞭解多,這句話一點也不誇張。

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