一個行星聽診器即將啟程，去傾聽火星的心跳。
5 月 5 日，美國宇航局計劃從加利福尼亞州范登堡空軍基地發射耗資 9.94 億美元的“洞察號”航天器。該任務的主要工作是將一臺地震儀放置在火星表面，並監聽在行星內部迴盪的地震波。
如果這項努力取得成功，它將標誌著首次明確探測到被稱為火星震的震動，並解釋關於這顆行星內部結構及其演變的長期謎團。“關於火星的所有這些問題，只能用地震資料來解答，” 美國宇航局噴氣推進實驗室（位於加利福尼亞州帕薩迪納）的地球物理學家、該任務的首席研究員布魯斯·班納特說。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠持續報道關於塑造我們今天世界的發現和思想的具有影響力的故事。
“這將是火星上的第一個地球物理觀測站，” 德國航空航天中心（DLR，位於柏林）的行星地球物理學家安娜-卡塔琳娜·普萊薩補充道。“我們都非常興奮。”
側耳傾聽
在地球上，地震學家使用遍佈全球的測量站網路來探測來自遙遠地震的地震波。透過追蹤能量在行星內部的反射方式，研究人員可以計算出諸如地球核心大小等基本資訊。
但至今還沒有人在火星上這樣做過。美國宇航局曾嘗試過，但其於 1975 年發射的雙子座維京號著陸器未能成功。維京 1 號上的地震儀由於一個釋放機構無法解鎖儀器而失效。維京 2 號上的地震儀收集了大約 2100 小時的資料——但它探測到的所有震動，除了一個可能的例外1，都是由陣風搖晃航天器引起的。地震儀被安裝在著陸器的頂部，而不是直接與火星表面接觸。
“洞察號”著陸後，它將把法國航天局 CNES 建造的西瓜大小的地震儀放在火星地面上。該儀器將棲身於一個保護性的防風罩下，其三個精密的擺錘將測量最微小的震動。“它幾乎是有史以來建造的最靈敏的地震儀，” 美國宇航局馬歇爾太空飛行中心（位於阿拉巴馬州亨茨維爾）的行星科學家蕾妮·韋伯說。
但是，建造如此精密的儀器並非易事。“洞察號”原定於 2016 年 3 月發射，但密封地震儀的真空密封洩漏導致了 26 個月的延誤。此後，該外殼經過重新設計，地震儀已在德國南部的一個地球物理觀測站成功進行了測試。
火星之謎
最大的問題是它將捕獲多少次火星震。由於沒有關於火星地震活動的實際資料，研究人員使用了行星表面地質斷層圖2，以及關於其內部如何隨時間冷卻的計算3，來估計火星的地震可能比地球少，但比月球多。（機器人月球著陸器，以及美國宇航局阿波羅計劃的宇航員部署的儀器，已經測量到由構造裂縫引起的淺層月震和由地球潮汐力引起的深層月震。）
“洞察號”將降落在埃律西昂平原，這是一個安全且平坦——但地質上很乏味——的地點，靠近火星赤道4。韋伯說，在那裡，它可能預計每年測量到一次震級在 2.7 到 4.2 之間的本地火星震。但它也可能探測到來自 1000 多公里以外的遙遠區域的更大火星震，例如斷層密佈的刻耳柏洛斯地塹5 或擁有巨大火山的塔爾西斯地區。“我們的目標是在任務期間收集到大約 30 次地震，”巴黎地球物理研究所的地球物理學家、地震儀團隊負責人菲利普·洛格農內說。
火星震越大，它揭示的關於行星內部的資訊就越多，因為只有最大的地震事件才能穿透到地核。“7 級震級就很棒了，”韋伯說。“洞察號”可能會在 NASA 希望執行該任務的兩個地球年中看到一到兩次如此大的地震。
核心問題
來自火星震的資料將幫助“洞察號”繪製火星地殼、地幔和地核之間的邊界。這樣做可以揭示行星原始岩漿海洋曾經翻騰的深度，以及火星是否曾經有過類似於板塊構造的東西。確定火星核心的大小（據認為大約是地球的一半大小）將揭示其密度和成分 6。班納特說，行星的內部層代表了其存在最初數千萬年的記錄。研究火星的內部可能也有助於揭示我們自己星球的早期歷史，我們的星球在形成後不久可能也經歷了許多相同的變化。
與此同時，“洞察號”上的一個無線電科學實驗將測量行星在其軸上的擺動方式，以此進一步瞭解其核心的大小。德國航空航天中心 (DLR) 的一個團隊建造的熱流探測器將刺穿地表下 5 米，以測量溫度隨深度和時間的變化。
只要在 6 月 8 日之前發射，“洞察號”就能在 11 月 26 日降落在火星上，並在數週內部署其儀器。對於 20 多年來一直試圖將地震儀送往火星的洛格農內來說，那一天再快到來都不為過。
“當我獲得第一批資料時，我會更加高興，”他說。
本文經許可轉載，最初於2018 年 4 月 26 日首次發表