除了成功登月之外，阿波羅11號的宇航員還在 1969 年 7 月創造了另一個歷史性的“第一”，當時巴茲·奧爾德林向地球發回了一條訊息：“休斯頓，被動式地震儀已手動部署。” 那次地震實驗是首次在月球表面進行的實驗。在後來的阿波羅任務中又放置了幾個地震儀，它們共同提供了迄今為止對我們姐妹衛星地底世界最好的觀察。然而，儘管最初取得了成功，並且美國和蘇聯隨後進行了一些不幸的嘗試，但在 20 世紀的剩餘時間裡，行星地震學仍然處於太空探索的邊緣。然而，現在，它正在為新千年進行改造。2018 年，NASA 的“洞察號”任務攜帶了一個地震儀前往火星。它的最新資料已將這一研究領域從邊緣學科轉變為行星科學中充滿活力、已確立的子領域。目前正在開發新的地震儀，以便部署到整個太陽系，從我們的月球到遙遠的木星和土星的冰衛星。
美國宇航局噴氣推進實驗室 (JPL) 的行星地震學家馬克·潘寧說：“這有可能成為新黃金時代的開始”，在這個時代，科學家將剝開月球和行星的層層外殼，一窺它們隱藏的內部結構。
相對而言，地球是一個非常活躍的行星，擁有不斷移動、滑動的構造板塊、噴發的火山和地殼破碎的地震。這些強大的事件產生地震波，地震波在我們的行星內部迴盪。地震儀可以跟蹤這些地震波，以揭示它們的傳播、強度和震源。這些儀器經常記錄穿過地殼和地幔的地震波，甚至是從地球核心反射回來的地震波，從而產生關於地表以下的其他無法獲得的資訊。
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這些相同的觀測方法也可用於觀察其他世界的內部，並瞭解它們的地質構造與我們自身有何不同。“阿波羅”任務為月球做了同樣的事情，發現月球像地球一樣，也分為幾層，有地核、地幔和地殼。美國地質調查局的地球物理學家安吉拉·馬魯西克說：“這表明月球是分異的。深處有一個地核，所以我們知道月球曾經有過磁場保護。” 還有一個額外的好處，一些用於繪製地圖的地震波來自撞擊月球表面的隕石，這讓科學家們能夠了解基本上每個繞太陽執行的世界。“隕石撞擊非常重要，因為它告訴我們月球上的隕石坑形成率，”馬魯西克說。“我們可以使用隕石坑計數來確定不同事物的年代，不僅在月球上，而且在太陽系中的其他天體上也是如此。”
地震轉變
在阿波羅計劃之後，人們所期望的行星地震學領域的下一個巨大飛躍 просто fizzled out（逐漸消失）。NASA 的“海盜 1 號”和“海盜 2 號”著陸器在 1976 年登陸火星時都攜帶了地震儀。遺憾的是，這兩個著陸器的裝置都沒有提供可靠的結果：“海盜 1 號”完全失敗，“海盜 2 號”的結果也不確定。“地震儀在著陸器的頂部，而且沒有受到風的保護，”馬魯西克說。後來，在 1982 年，蘇聯的“金星 13 號”和“金星 14 號”著陸器探測到了金星上火山震動的跡象。但這些著陸器的壽命非常短暫，每個著陸器都勉強存活了大約兩個小時和一個小時，然後就屈服於金星惡劣的表面條件。
儘管科學家們多次嘗試將地震儀納入各種行星任務，但在隨後的幾十年裡，地震學逐漸淡出人們的視線。“發生了很多不幸的事情和計劃的改變，”潘寧說。復甦的第一個跡象出現在 2014 年，當時歐洲的“菲萊”著陸器彈跳著降落在 67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星上。這個小型著陸器使用了三個加速度計來追蹤熱探針產生的波，熱探針被錘擊到表面，發現彗星堅硬的外殼下約 20 釐米處是柔軟蓬鬆的物質，“像新鮮的雪一樣”，德國航空航天中心的馬丁·克納普邁耶說，他領導了這項實驗。這是自 1972 年阿波羅 17 號任務以來，首次明確的地球外地震讀數。
但在 2018 年，當 NASA 的“洞察號”著陸器發射到火星時，一切都改變了。在當年晚些時候著陸後，一個機械臂部署了一個極其靈敏的地震儀，為了避免“海盜 1 號”和“海盜 2 號”的失敗，該地震儀包括一個防護罩，以抵禦火星的風。實驗取得了巨大的成功。迄今為止，“洞察號”已經探測到 1300 多次火星震，包括今年早些時候發生的5.0 級特大地震，任務科學家仍在仔細研究這次地震。雖然著陸器由於覆蓋灰塵的太陽能電池板難以收集到足夠的陽光而正在耗盡電力，但它的遺產已經得到鞏固。NASA 總部科學任務理事會副局長托馬斯·祖布肯說：“地震學家很難推銷他們的科學成果。“‘洞察號’的成功確實改變了這一點。”
黑暗世界
下一個將要送入太空的地震儀的工作已經在進行中。這是一個由潘寧領導的儀器，名為月球背面地震套件 (FSS)，它將搭載 NASA 承包的商業著陸器於 2025 年前往月球背面，NASA 上週透露。“我們將首次獲得來自月球背面的地震資料，”潘寧說。與近月面相比，月球的這個遙遠的一半相對完好無損。由於未知的原因，與近月面相比，它的古代熔岩溢位形成的暗斑要少得多。答案可能就在月球表面之下。“所有的阿波羅著陸點，以及因此探測到的所有地震，都在月球的近月面，”潘寧說。“有理由質疑月球背面的[地震活動]是否與近月面相同。可能存在我們不知道的差異。”
下一個計劃是另一個月球地震儀——但不是我們自己的天然衛星的地震儀。NASA 備受期待的“蜻蜓號”任務將於 2027 年發射，前往土星的衛星土衛六，這是太陽系中唯一已知地表有湖泊和海洋的天體（儘管它們包含的是低溫冷凍的石油狀粘稠物，而不是液態水）。“蜻蜓號”是一架核動力旋翼飛行器，它將在 2034 年抵達後飛越土衛六的天空並在多個地點著陸，研究地表成分，拍攝影像，並一直在尋找可能存在的生命跡象。但它還將在其著陸軌上配備可以探測地震波的“地音感測器”，以及日本宇宙航空研究開發機構製造的更靈敏的專用地震儀，可以將其用絞車降到地表。
土衛六被認為在其表面之下有冰層，以及一個全球性的液態水海洋。如果這個埋藏的海洋與下面的矽酸鹽岩層直接接觸——只有地震儀才能輕易揭示這一點——那麼它可能已經獲得了營養物質，從而可能使生命得以產生。如果土衛六的內部結構有不同的排列方式，例如海洋下方還有一層冰，那麼生命的前景可能會黯淡。“如果海洋下方有冰，那麼水和岩石之間就會存在一道屏障，”芝加哥大學的安德烈亞·布萊恩特說，他最近發表了對“蜻蜓號”可能探測到的地震活動的分析。“那將意味著不會發生礦物質的交換。” 鑑於土衛六內部動力學的不確定性，在土衛六上進行地震學嘗試是否會成功尚不清楚。我們知道這顆衛星在其軌道上受到土星的推拉，但這是否會產生可探測的地震波來繪製其內部運作圖，誰也說不準。“這是將任務組合在一起的主要挑戰之一，”約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室 (APL)“蜻蜓號”首席架構師拉爾夫·洛倫茨說。“如果說這是有保證的，那就太好了，但這將取決於震源和背景噪聲的存在。”
土衛二也預定安裝一個地震儀，土衛二是土星的另一個冰衛星，也是一個很有希望的、可能適宜居住的地方。今年 4 月，最新的行星科學十年調查指導 NASA 開發一個軌道飛行器和著陸器，在本世紀晚些時候訪問這個世界。這樣的“軌道著陸器”任務可以包括一個地震儀，以探測衛星冰殼下的疑似海洋，該海洋可能孕育著生命。APL 的夏農·麥肯齊領導了“軌道著陸器”提案，他說：“我們知道物質正在從地下海洋中湧出並噴射到太空。“驅動機制是什麼？土衛二羽流的管道結構是什麼？它們是如何維持的？這些都是地震學可以闡明的問題。” 這些調查也適用於木星的含海洋冰衛星木衛二，科學家們希望有一天也能用攜帶地震儀的著陸器探測木衛二。
勘測太陽系
離我們較近的金星仍然是另一個引人注目的目標。在那裡傳送一個地震儀不僅可以揭示繼地球和火星之後的第三顆行星的內部結構，還可以闡明金星是否仍然存在火山活動。這是一個關鍵問題，它決定了該行星過去和未來演變的大部分——例如，當前火山活動的缺失可能指向金星曆史上大部分時間裡發生的奇怪的暴力地質迴圈。“人們已經提出，週期性地，每隔幾億年，您可能會發生大規模的表面重塑[事件]，其中會湧出大量岩漿，”牛津大學的行星科學家科林·威爾遜說。“行星地殼可能移動和變化的方式存在很大的可能性範圍。地震活動將是瞭解[更多]資訊的一種方式。”
美國和歐洲即將發射的軌道飛行器將重振對金星的研究，許多行星科學家認為未來在那裡部署著陸器是不可避免的。然而，由於金星表面數百攝氏度的溫度和令人窒息的大氣壓力，設計一種能夠長時間存活以進行有意義的地震學研究的機器存在重大挑戰。另一種可能性可能是從空中研究金星震。在 2019 年進行的實驗中，JPL 的西達斯·克里希納穆爾蒂和他的同事們演示了地球上的氣球載地震學，在加利福尼亞州東部開闊的區域上空放飛了四個高空氣球，氣球上載有氣壓計。令人難以置信的是，其中一個氣球透過探測到地震產生的壓力波在穿過大氣層時，捕捉到了 4.2 級地震。這是有史以來首次透過氣球載儀器探測到地震，證明了該技術可以用於金星的雲層中，與金星地獄般的表面相比，金星的雲層簡直是天堂般的綠洲。“主要的優勢是：我們現在就可以做到這一點，”克里希納穆爾蒂說。“我們不需要可能還需要幾十年才能實現的高溫電子裝置。”
其他地點也很有吸引力。一些科學家夢想著用於水星的地震探測器，水星似乎有一個超大的核心，可能是由早期太陽系中的一次或多次巨大撞擊產生的。小行星帶中的矮行星穀神星也引起了人們的興趣，部分原因是有人暗示它也在其表面下蘊藏著液態海洋。研究人員目前正在研究基於今年 4 月釋出的行星科學十年調查的建議，開展矮行星的樣本返回任務的可能性。“對您要從中採集樣本的區域的構造活動進行調查至關重要，”蘇黎世瑞士聯邦理工學院的地震學家西蒙·施塔勒說，他是一篇最近發表的預印本論文回顧太陽系地震學的合著者。“您想知道該區域是否在地質上已經死亡，樣本是否已有數十億年的歷史，或者您是否擁有低溫火山活動，從而使樣本非常年輕。我希望至少一個簡單的地震儀可以搭載在這個任務中。”
由於“洞察號”的成功，地震學發現自己又回到了聚光燈下。它無與倫比的解鎖外星世界內部秘密的能力，甚至在尋找生命的過程中發揮著令人驚訝的作用，可能使其成為未來任何著陸器任務的近乎強制性的伴侶。“至少在地球、月球和火星上，似乎是同一套規則在支配著地震學，”克里希納穆爾蒂說。“這本身就說明了一些非常深刻的東西。” 地震學經常被遺忘，但它的輝煌時刻已經到來。我們將在深處發現什麼潛藏的秘密？“這裡有相當大的勢頭，”施塔勒說。“這正在發生。這真是太棒了。”