火星表面乾燥、嚴寒，並沐浴在宇宙輻射中，可能真的是死寂的，甚至沒有一個微生物打破其荒涼的狀態。但就在其冰凍的外表之下，這顆行星本身卻充滿了雷鳴般的聲音。其深處仍然存在著來自世界形成之初的餘溫，隨著熱量緩慢地逃逸到太空，行星的地殼冷卻、收縮和顫動。去年，美國宇航局發射的一項旨在傾聽這種地震隆隆聲的任務聽到了其中最大的一次。“火星地震”遠比以往探測到的任何地外震動都要強烈。研究人員現在已經排除了隕石撞擊作為這一巨大事件的原因，這更有力地證明了——從地震學的角度來看——關於這顆紅色星球死亡的報道被大大誇大了。
美國宇航局的固定式“洞察號”著陸器於2018年5月發射升空前往火星，六個月後於11月降落在火星赤道以北的埃律西昂平原。在其少數儀器中，特別值得注意的是它小心翼翼地放置在地面的地震儀。美國宇航局希望探測到火星地震，無論它們是由地殼冷卻、太空岩石撞擊甚至火山活動引起的。該儀器非常成功：在“洞察號”於2022年12月耗盡電力之前，它探測到了1300多次地震。
幾乎就像天鵝之歌一樣，著陸器在當年早些時候記錄了其最大的收穫——2022年5月4日探測到的4.7級巨震，被稱為S1222a。這場怪物級火星地震與“洞察號”探測到的所有其他地震加起來一樣大——事實上，它非常強烈，以至於科學家們難以解釋其起源。“當我們第一次看到它時，我們非常不確定，”美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的“洞察號”專案科學家馬克·潘寧說。地震似乎並非來自附近被稱為刻耳柏洛斯地塹的疑似火山活動區域，該區域已被“洞察號”確定為大多數記錄到的地震事件的來源——科學家們也找不到其他適合引發如此規模痙攣的地表特徵。主要的想法是隕石撞擊了火星表面——“洞察號”之前曾探測到兩次，儘管規模較小。“團隊的一名成員打賭，如果不是撞擊，他將在團隊會議上進行卡拉OK，”潘寧說。
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可能是時候熱身卡拉OK機了。牛津大學的本傑明·費爾南多領導的最新分析，今天發表在地球物理研究快報上，在火星表面搜尋與這次地震有關的新撞擊坑。在一項雄心勃勃的國際努力中，結合了來自每個環繞火星的航天器的影像——包括來自美國、歐洲、印度、阿拉伯聯合大公國甚至中國的軌道飛行器——費爾南多和他的團隊檢查了“洞察號”周圍數萬平方公里的區域，並查看了怪物級火星地震發生前後的影像。結果呢？“我們沒有找到隕石坑，”費爾南多說，“這強烈表明這次事件是構造性的。”
費爾南多和他的合著者推測，地震的神秘來源可能位於地表以下20公里處，源於行星緩慢收縮的地殼中形成的斷層和褶皺。“[火星]地面到處都是裂縫，”JPL的“洞察號”首席研究員布魯斯·班納特說。“如果它們彼此滑動，那就叫做斷層，斷層上的運動會引起地震。”這種活動可以在地表形成皺紋脊——數百公里長的突出山脊，與相當淺的地殼活動有關。然而，火星上沒有皺紋脊與“洞察號”的任何一次地震有關，而且目前尚不清楚為什麼這次最大的地震是唯一由這種特徵引起的地震。“我們目前還不知道，”蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的地震學家西蒙·斯塔勒說。除了其巨大的震級之外，“這次地震沒有任何顯著的特徵。”
潘寧說，如果構造活動是原因，那將意味著火星正在釋放“更接近我們在任務之前預期的地震能量”。科學家們曾預測火星會發生高達5級左右的地震，但這種預測僅在“洞察號”最後幾個月的執行中被一次怪物級地震證實。“這是一個很好的確認，表明這些估計並沒有錯得離譜，”費爾南多說。“火星確實支援這些相當大的火星地震。地球上的4.7級地震不會使你的房子倒塌，但你肯定會注意到它。”
如果地震是由撞擊引起的，那麼來襲的隕石可能會形成數百米寬的隕石坑，碎片散落在周圍數公里的範圍內。“洞察號”至少在另外兩次場合探測到隕石撞擊：一次在2021年9月，另一次在當年晚些時候的12月24日。科學家們知道這些是撞擊事件，因為它們最終被追溯到特定的新形成的表面隕石坑，這些隕石坑在衛星影像中呈現為藍黑色汙跡。德國航空航天中心（DLR）的合著者丹妮拉·蒂爾施說，2022年5月火星地震的類似特徵“很容易被識別出來”。蒂爾施說，“我們非常有信心”這不是撞擊造成的。或者，滑坡可能在理論上引發了超大型震動，但沒有發現任何滑坡發生在足夠靠近“洞察號”的地方。
這就使得構造活動成為最合理的解釋。“我完全確信這不是撞擊，”班納特說。今天的火星地殼僅包含一個構造板塊，這與地球地殼的多個碰撞板塊不同。然而，人們仍然認為這個單一的全球板塊會因行星緩慢冷卻、部分熔融的核心中冒出的殘餘熱量而經歷彎曲並積累應力。“火星仍然有熱量，而且熱量仍在試圖逸出，”潘寧說。“這將導致應力積聚，從而導致火星地震。”
研究人員已經將“洞察號”的大多數火星地震與刻耳柏洛斯地塹聯絡起來，該地塹位於著陸器以東約1700公里處，該地點佈滿了平行的裂縫，據信是由數萬年前的火山活動形成的。該地區的地震可能是由於地下數十公里處侵入的岩漿變形造成的。然而，S1222a不同波到達的時間——穿過行星內部的壓力波首先到達，然後是較慢的“表面”波——使其起源可以粗略地定位在東南方向，遠離刻耳柏洛斯地塹。這使得地震的來源特別令人困惑，因為沒有明顯的表面特徵表明存在活躍的構造過程可以解釋它。一種可能性可能是火星南部比北部具有更破碎和密度較低的地殼，地震波“無法如此乾淨地傳播”，斯塔勒說。“可能來自南部的地震總是看起來很奇怪。但由於S1222a是“洞察號”探測到的唯一一次南部火星地震，我們無法確定。”這種高度破碎的地殼也可能蘊藏著構造斷層，只是在地表上看不到。
即便如此，費爾南多說，未來對這一孤立事件的分析仍然可能產生重要的啟示。“顯然，構造和地震謎題中存在著我們尚未解開的巨大一塊，”他說。例如，未來任何在火星上的人類探險家“都想知道這類事情發生在什麼地方”，以便加強任何脆弱的基礎設施以抵抗強烈的地面震動。更根本的是，辨別出怪物級火星地震的真正起源可以大大提高我們對火星曆史和更廣泛的在其他岩石世界中存在生命的可能性。費爾南多問道：“如果火星曾經適合居住，那麼當行星上大規模的地質活動停止時，這種情況是否發生了變化？火星上生命的滅絕與其板塊構造的滅絕是非常開放式的問題。”