美国宇航局（NASA）“洞察”号火星车揭示了火星的内部运行机制 ， 这是人类首次发现这颗红色星球与我们蓝色星球的巨大差异 。 这也是有史以来 ， 首张人类获得的另一颗行星的内部构成图 。 值得一提的是 ， “洞察”号的任务为科学家提供了一个不同于地球的星球内部 ， 将有助于科学家研究其他星球 。
▲洞察号结构 图据 NASA
火星 ， 这颗人们熟悉的类地行星 ， 究竟有何神秘之处？火星和地球又有那些区别？这张首次公布的火星内部详细构图 ， 将为我们揭开很多谜团 。
原来你是一颗巧克力太妃溏心星球
地球表面几乎所有东西都是由地下深处的“引擎”决定 ， 火星也一样 。 NASA于2018年11月发射到火星表面的“洞察”号 ， 给科学家们送回了这张我们邻近星球的地质内部构造图 。 本周四发表在《科学》杂志上的三篇论文 ， 利用“洞察”号这几年在火星表面收集到的数据 ， 揭示了这颗红色星球就像一颗巨大的糖果——它的外壳被分成两到三层火山巧克力；下面的地幔内部物质更像太妃糖一样的填充物；而核心则像令人惊讶的轻质牛轧糖糖心——很多糖浆在里面 。
▲第一张火星内部构造图 图据 NASA
“如果你是一个医生 ， 只给一个病人做过手术 ， 就不会成为很好的医生 。 ”这3篇论文的合著者 ， 加州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的行星地震学家马克·潘宁表示 ， 他们把地球上通过收集地震波来研究地球内部的方法用到了火星上 。
“火星更像是我们星球的表亲而不是兄弟姐妹 ， ”东京地球生命科学研究所的地震学家克里斯汀·豪斯（Christine Houser）说 ， “它体积小了六倍 ， 证据表明 ， 这是太阳系早期真正的古老遗迹 。 ”
▲“洞察”号在工作图据NASA
过去两年中 ， “洞察”号研究了火星磁性、绕太阳运行时的抖动以及它震动产生的地震波 。 一个单独的地震仪意味着科学家们只能观察到火星上的一个区域 ， 而不是整个星球 。 而且 ， 要构建一个火星内部的详细结构图 ， 能探测到大量穿过整个星球的强震才比较理想 ， 不过 ， 在这几年内 ， 火星上发生的震动强度从来没有超过4.0级 。
“我们必须向前推进 ， 看看我们能用这些数据做什么 ， ”科隆大学行星地震学家Brigitte Knapmeyer Endrun说 ， 他是火星地壳论文的主要作者 。 尽管面临挑战 ， 研究小组还是成功地对火星的内部进行了详细的X光检查 。
为啥和地球相差那么大？
科学家证实 ， 南部高地的地壳较厚 ， 北部低地的地壳较薄 ， 那里可能很久以前就有短暂的海洋聚集 。 平均来说 ， 火星地壳的厚度在15到45英里之间 。 它被分成一个主要由陨石粉碎的火山岩组成的顶层 ， 一个由更连贯的火山岩组成的中层 ， 也许还有一个暂时无法确定其性质的下层 。
▲地球内部构造图
【火星探测|真的适合人类居住吗？首张火星内部详细地图出炉——一颗巧克力太妃溏心球】和地球一样 ， 火星的地幔比地壳厚得多 ， 火星上地幔的坚硬部分形成了不断移动的板块基础 ， 厚度约为地球的一半 。 瑞士ETH Zürich的地球物理学家、这三项研究的合著者阿米尔·汗（Amir Khan）说 ， 火星坚硬的上地幔“可能是我们在火星上看不到板块构造多样的简单解释” 。 这种整体的刚性阻止了火星上层分裂成单独的板块 ， 解释了火星不能像地球上有如此多样的山脉、海洋盆地、火山和大陆的原因 。
火星地幔的构造也为我们提供了线索 ， 让我们明白为什么一个曾经拥有美国亚利桑那州那样大的火山 ， 并经常喷发出熔岩流的星球 ， 现在却地质活动并不活跃 。 这是因为一颗行星的火山和板块构造活动本质上是热量从行星内部到其外壳的运动所驱动的 ， 可较冷的火星地幔 ， 使得火星表面并不容易产生大规模地质活动 。
“洞察”号还发现 ， 火星的地幔由于缺乏隔热层 ， 火星年轻时剧烈喷发时的热量损失会加剧其大量原始热量辐射到太空 。 这层薄薄的地幔也可以部分解释为什么火星在其历史的前7亿年失去了保护磁场 。 地球的磁场是由液态外核内的铁镍电流循环驱动的 ， 而火星也有类似的环流 ， 但其内部的快速冷却导致这些电流被阻塞 ， 磁场也就消失了 。
▲火星表面滑坡图据NASA
由于没有磁场来保护火星免受太阳辐射的影响 ， 火星的大气层就像五彩的纸屑一样被吹走 。 曾经出现在它表面的水——如果它没有被下面的岩石吸收的话——就会流进太空 ， 把火星最终变成了一个寒冷的、受辐射的沙漠 。
“洞察“号还探测到了火星的核心 。 它的半径为1140英里 ， 比科学家预期的要大 。 它的密度也不高 ， 这是“迄今为止我们发现的最有趣的结果之一 ， ”汗博士说 。
地球核心的密度相当大 ， 因为地球比火星大得多 ， 所以重量都被地核挤压在一起 。 由于火星很小 ， 预计它的核心压缩程度会稍低一些 。 但是“洞察”号发现它的密度只有地球的一半 ， 这意味着火星的核心一定是由不同的物质组成的 。 和地球一样 ， 它仍然含有大量的铁和镍 ， 但也含有相当一部分较轻的元素 ， 如氧、碳、硫和氢 。
仍有很多谜团尚未解开
尽管人类通过火星地震勘测第一次成功了解其深层结构 ， 但仍有许多问题待解答 。 目前还没有探测到足以穿过火星核心的强大震动波 ， 所以科学家不知道火星是否和地球一样有一个坚固的内核 。 目前只能确定 ， 火星有一个液态的外核——尽管与地球相比 ， 它更像泥浆 ， 移动缓慢 。
▲火星表面图据NASA
“洞察”号的科学考察已延长至2022年12月 ， 因此 ， 随着更多研究 ， 谜团会渐渐解开 。 不过 ， “洞察”号的太阳能电池板上堆积的灰尘可能会在一年内“杀死”这辆功勋卓著的火星车 。
不论如何 ， “洞察”号已经是火星的老兵了 ， 现在 ， 更多的火星探索者纷纷成功着陆 ， 为人类认识这个星球提供了更多可能 。
红星新闻采访人员 范旭
编辑 郭宇
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