幾十年來，行星科學家一直認為火星是死的。
地質學上來說是這樣。這顆行星比地球小，形成後冷卻速度會比地球快。有一段時間，它曾是火山活動非常活躍的星球。人們的假設是，當內部溫度逐漸降低時，這顆行星產生大規模地質活動（如巨大的火山和“火星地震”）的能力也會隨之降低。
然而，新的發現否定了這種觀點。事實證明，火星只是大部分是死的。科學家們發現，火星上的一個大區域一直容易發生地震，甚至在最近的地質時期還發生過輕微的火山活動，這表明地表之下有東西正在醞釀。但那是什麼呢？
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在查看了來自多個火星機器人任務的資料後，一個行星科學家團隊得出了驚人的結論，即行星地幔中向上移動的巨大熱物質柱正在從下方推擠地殼，產生壓力，導致地表破裂並引發構造活動。這種被稱為地幔柱的現象可能是火星內部相對較新的特徵，在地球上也有類似的現象。它甚至可能對火星上現存的生命——或者更準確地說，是內部的生命——產生影響。這項研究於2022年12月發表在《自然·天文學》雜誌上。
火星曾經是一顆火山活動頻繁的行星。地表仍然佈滿了古老的土堆，包括一個叫做奧林匹斯山的土堆。這座巨山的直徑超過600公里，大約相當於科羅拉多州的長度，並且高出其行星的平均表面海拔21公里，大約是珠穆朗瑪峰的兩倍半。儘管火星上的其他火山較小，但它們仍然是巨大的，而且都非常古老。
火星上的大規模火山活動在行星年齡不到十億年時就開始了，並在之後的大約十億年裡一直活躍。在全球範圍內，火山的建造在那之後幾乎停止了。有證據表明奧林匹斯山上的一些熔岩流可以追溯到僅幾百萬年前，但這些都是小規模事件，可能是零星發生的。大約在三十億年前，火星上活躍火山建造的時代結束了。相比之下，地球上大多數活火山的年齡都不到一百萬年。
直到最近，科學家們還認為這就是紅色星球火山活動的結局。然而，繞火星執行的航天器拍攝到了高解析度影像，顯示最終篇章尚未寫完。在被稱為刻耳柏洛斯槽溝的地區，地表有大量裂縫（槽溝是溝壑或裂縫），其中一個特徵是沿著它延伸數十公里的深色條紋狀物質。來自軌道的測量表明，該物質富含輝石，這是火山熔岩中常見的礦物。令人吃驚的是，這些外流可能只發生在數萬年前。這在行星時間尺度上是很近的，並指向地表下正在進行的活動。
此外，在2018年，美國宇航局的“洞察號”著陸器在廣闊的埃律西昂平原地區著陸，地點距離刻耳柏洛斯槽溝約1600公里。“洞察號”是幫助測量火星地表以下情況的任務的一部分，它配備了一個地震儀，在其執行期間探測到數百次小型火星地震，以及幾次能量中等偏上的地震。絕大多數地震似乎都來自刻耳柏洛斯槽溝的方向。同樣，這種活動表明火星地幔可能尚未完全死亡。
在新的《自然·天文學》研究中，科學家們關注火星的這個區域。行星表面的大部分割槽域都顯示出壓縮特徵，例如皺脊，這些皺脊是在行星表面冷卻收縮時形成的。相比之下，埃律西昂平原是表面上的一個隆起，被視為擴張的證據：當地區域擴張時地殼的拉伸。構成刻耳柏洛斯槽溝的裂縫是地殼因擴張而分裂開來的裂縫。科學家們還注意到，在數百萬年前形成的撞擊坑的坑底遠離隆起的中心傾斜，如果在地表被向上推之前形成，這是可以預期的。這些發現共同表明，無論是什麼原因導致隆起，它都相對年輕。
所有這些證據都與地幔柱一致。如果您曾經觀察過水沸騰或熱氣球飛行，那麼您可能熟悉地幔柱的基本概念：熱物質上升，而冷物質在稱為對流的過程中下沉。行星的核心很熱，而上方的地幔則稍冷，因此在地幔底部加熱的物質會上升。
這裡的意外之處在於，火星的大部分地幔（以及地球的地幔）實際上是固體的；認為它是液體是一種誤解。但是對流甚至可以在固體中起作用。構成地幔主體的矽酸鹽材料是晶體，並且晶體結構中可能存在缺陷和斷裂。在地下巨大的壓力下，來自下方材料的原子可以填充這些裂縫，這個過程稱為位錯蠕變。透過這種方式，靠近核心的較熱物質可以緩慢上升，本質上是流動的。這是一個極其緩慢的過程；地球地幔的平均流動速度約為每年幾釐米，大致與您的指甲生長速度一樣快。
尚不清楚地幔柱是如何形成的。在地幔核心上方的底部，一個比平均溫度更高的熱點可能會形成一個對流更強的區域，在該區域中，物質以更受約束的柱狀流動。這個地幔柱會在數千萬年或數億年的時間裡上升到地表。當它靠近地殼時，壓力會低得多，並且固體物質會液化。它會散開，形成一個蘑菇狀的帽，向上推擠地殼，從而形成像埃律西昂平原中看到的那樣的擴張特徵。
這種情況可以解釋刻耳柏洛斯槽溝中幾乎所有的異常現象：隆起、裂縫、火山噴發、地震。對火星重力場的測量甚至表明，刻耳柏洛斯槽溝下的重力場略微減弱，這與密度較低的地幔向上推擠地殼的情況一致。這些發現表明，隆起是由非常深的地下支撐的。
科學家們使用計算機模型來模擬火星的地球物理學，發現如果地幔柱比周圍地幔熱95到285攝氏度，並且密度略低，並且幾乎直接位於槽溝下方中心，則可以做到這一點。它將形成一個覆蓋數千公里的帽，並將地殼向上推約一公里，再次與刻耳柏洛斯槽溝相匹配。它也將是一個年輕的特徵：刻耳柏洛斯槽溝及其周圍的活動似乎大約在3.5億年前開始，遠在行星內部其他所有大型引擎有效關閉之後。
儘管地幔柱模型與觀測資料非常吻合，但科學家們承認可能還有其他解釋。例如，一團密度略低的地幔物質可能只是坐在該區域下方，這將解釋重力讀數，儘管它無法解釋隆起或任何其他現象。從字面上看，涵蓋最廣的觀點是地幔柱。
如果該假設被證明是正確的，那麼這確實是重要的新聞。首先，在得出許多關於火星內部的結論時，科學家們一直假設埃律西昂平原是無聊的——只是火星上的另一個地點。如果它位於巨大的熱的、低密度物質柱的頂部，那將改變我們應該如何解釋“洞察號”的地震測量結果。
儘管目前來看有點牽強，但地幔柱可能對生命產生影響。科學家們長期以來一直認為火星地表下的水以冰的形式存在，但溫暖的地幔柱可能會將一些水囊加熱到足以使其液化的程度。地球上的生命需要液態水，因此考慮火星地表深處存在生物的可能性也許並非愚蠢之舉。
在那種情況下，火星可能並非完全死亡，無論是地質學意義上還是更常見的生物學意義上。我們才剛剛開始瞭解紅色星球的真實本質，而且我們越是觀察，就越發現它仍然充滿活力。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。