2021年9月撞擊火星的隕石改寫了科學家對這顆行星內部的認知。
透過分析撞擊後在行星上傳播的地震能量，研究人員發現了一個包裹火星液態金屬核心的熔岩層。 這一發現今天在《自然》雜誌的兩篇論文中報道，這意味著火星核心比之前認為的要小。 它還解決了一些關於這顆紅色星球數十億年來的形成和演變過程中長期存在的問題。
這一發現來自 NASA 的 InSight 任務， 該任務在火星表面著陸了一個帶有地震儀的探測器。 在 2018 年至 2022 年間，該儀器 探測到數百次“火星震”撼動了這顆行星。 地震或撞擊產生的地震波會根據它們穿過的物質型別而減速或加速，因此地震學家可以測量波的傳播來推斷行星內部的樣子。 在地球上，研究人員利用地震的資訊發現了地球的層：脆性的外地殼、大部分固體的地幔、液態外核和固態核心。 弄清楚其他行星是否具有相似的層是瞭解其地質歷史的關鍵，包括它們是否曾經適合生命存在。
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InSight 的地震儀是第一個探測到火星震的儀器。 2021 年 7 月，根據該任務對 11 次地震的觀測，研究人員報告稱，火星的液態核心半徑似乎約為 1,830 公里。 這比許多科學家預期的要大。 它還表明，核心含有驚人地高含量的輕化學元素，例如硫，與鐵混合在一起。
“但 2021 年 9 月的隕石撞擊‘解鎖了一切’，”巴黎地球物理研究所的地球物理學家、今天其中一篇論文的第一作者 Henri Samuel 說。 這顆隕石撞擊了行星上與 InSight 所在位置相反的一側。 這比 InSight 之前研究的火星震要遠得多，並使探測器能夠探測到一直穿過火星核心的地震能量。 英國布里斯托大學的地震學家、Samuel 論文的合著者 Jessica Irving 說：“我們非常興奮。”
解謎
對於 Samuel 來說，這是一個檢驗他的想法的機會，即熔岩層環繞著火星的核心。 地震能量穿過行星的方式表明，科學家們之前認為的液態核心和固態地幔之間的邊界（距離行星中心 1,830 公里）實際上是液態和固態之間的不同邊界。 它是新發現的熔岩層與地幔的頂部相遇（參見“重新思考火星核心”）。 Samuel 說，實際的核心埋藏在該熔岩層之下，半徑僅為 1,650 公里。
修訂後的核心尺寸解決了一些難題。 這意味著火星核心不必包含大量的輕元素——更符合實驗室和理論估計。 行星內部的第二層液態層也與其他證據更好地吻合，例如火星如何響應其衛星火衛一的引力拖拽而變形。
蘇黎世聯邦理工學院 (ETH) 的地震學家 Simon Stähler 說：“這是一個優雅的解決方案”，他領導了發表 2021 年論文的團隊。 他堅持他的團隊的結論，即它已經發現了一個液態和固態之間的深層邊界； 結果證明它只是熔岩層的頂部，而不是液態金屬核心的頂部。
奇特的層理
今天在《自然》雜誌上的第二篇論文來自一個獨立於 Samuel 團隊的團隊，他們也認為火星的核心被一層熔岩包裹著，但估計核心半徑為 1,675 公里。 這項工作分析了來自同一遙遠隕石撞擊的地震波，以及火星核心高壓和高溫下熔融元素（如鐵、鎳和硫）混合物特性的模擬。 蘇黎世聯邦理工學院的地球物理學家、第一作者 Amir Khan 說，熔岩緊靠熔融鐵“似乎是獨一無二的”。 “你有這種液-液分層的特性，這在地球上是不存在的。”
Samuel 說，熔岩層可能是曾經覆蓋火星的岩漿海洋遺留下來的。 當岩漿冷卻並凝固成岩石時，會在地幔底部留下深厚的放射性元素層，這些元素仍然釋放熱量並使岩石保持熔融狀態。
InSight 著陸器 現在已停止執行，其太陽能電池板覆蓋著灰塵，因此科學家不太可能在短期內收集到任何可以大幅修改火星核心尺寸的證據。 但是，對該任務過去觀測的回顧可能會揭示火星內部的一些新細節。
本文經許可轉載，並於 2023 年 10 月 25 日首次發表。