火星內部在發生什麼遠超過我們所知道

2020-12-05 天文在線

InSight號於2018年11月降落在火星。它有一套令人印象深刻的儀器,包括照相機、氣象傳感器、磁場傳感器、一個熱探測器和一個用來測量「火星地震」的地震儀。科學家們通過新的數據發表了一系列的研究結果,新的數據也暗示了行星周圍的大氣和磁場的奇異性。

畫家想像中洞察號在火星上的模樣的插畫 圖源:尼古拉斯·薩爾

科學家們已經公布了「洞察號」登陸火星第一年來寶貴的新研究結果,它顯示了這顆紅色星球是多麼活躍。

2018年11月,洞察號在火星的埃律西昂平原(又稱極樂平原)著陸。它攜帶了一套令人印象深刻的儀器,包括照相機、氣象傳感器、磁場傳感器、熱探頭和一個用來測量「地震」的地震檢波器。科學家們根據新數據發表了一系列結果,這些結果顯示即使火星上沒有板塊構造論,它也不斷地發生地震,如同地球或月球上的地震一樣。這些新數據還暗示了圍繞著火星周圍的大氣和磁場的奇異性

顯示洞察號正在研究地震活動的火星剖面圖 圖源:NASA

這些結果大部分來自於洞察號探究火星內部結構的「地震實驗」以及去年二月部署的「SEIS實驗」。從那時開始一直到2019年9月30日,SEIS地震儀不僅測量了偶爾發生的地震,還統計了共174次震動,包括150次通過火星「地殼」傳播的高頻率和低強度震動,24次更深、更高強度的震動。根據發表在《自然地球科學》上的一篇論文,高頻震動與「阿波羅登月計劃」所測量到的相似,而低頻震動則伴隨著P波和S波,和在地球上看到的地震一樣。

SEIS部署 圖源:NASA

從事這項研究的馬裡蘭大學的副教授韋德蘭·萊基克(Vedran Lekic)說「我們可以開始使用我們在地球上研發的技術來了解火星的內部結構,從科學的角度上說,這讓我很興奮。」

既然研究者知道他們可以使用地球上的方法來研究震動,那麼他們或許可以回答更多關於火星的「地核」大小以及它的組成問題。但是實際上研究「地核」需要更強烈的震動,而科學家們還沒有測量過大於四級的震動。

萊基克(Lekic)解釋到由於火星沒有板塊構造論,也沒有像地球和月球之間那樣,存在由其他行星作用於它表面的潮汐力,所以這很難精確描述到底是什麼造成了這些震動。但是,研究人員確定兩次最大的地震都起源於地獄犬座裂縫系統,它與地球上斷層的作用相似——隨著火星的溫度降低,它會收縮,產生的壓力能導致斷層,從而引發地震。

地獄犬 圖源:NASA

根據發表在《自然地球科學》上的另一篇論文,研究人員還能夠將SEIS儀器與任務中熱流問題的衝擊作用和物理性能工具結合起來研究火星的「地殼」。這顆行星夜間很穩定,但隨著熱量在大氣中移動,白天的活動會增加。這一分析還間接表明火星「地殼」最上面的部分可能有很多震動,而且揮發性物質(低沸點的物質,像氮、氨、二氧化碳)含量相對較低。

根據第三期《自然科學地球》的一篇論文,另一項旨在研究SEIS設備中外來噪音的傳感器包為研究者們提供了豐富的材料。地磁儀顯示,「地殼」的磁場似乎比探測器在火星軌道上測量到的強了10倍——也許在洞察號著陸點附近有磁化的巖石,它記錄了這個星球曾有過像如今驅動地球發電機一樣的磁場。當帶電粒子在火星大氣中移動時,磁場也會隨之變化,研究者們希望通過這變化的磁場來研究其表面下的電學性質。

洞察號同時還觀察到了一個比預期更活躍的大氣層,還測量了當地的沙塵暴,並用相機測量了它的風速。這個實驗顯示與地球上的湍流類似的稀薄大氣中的湍流以及空氣中微弱的光可能是大氣中的粒子與太陽光之間的反應。儘管還沒有拍攝到真正的塵捲風,這個實驗檢測到了其存在。(不過機遇號拍攝到了一張很棒的照片)

研究人員希望在這一年中繼續監測火星的各種進程並觀察它們是如何變化的。洞察號的一項名為「自轉與內部結構實驗」(RISE)的射電實驗將會提供更多有關火星內部性質的數據,比如說火星的核心是液體還是固體。科學家們仍在試圖找出將熱探測器插入行星的方法,他們決定試著推動探測器的頂部。儘管熱探測器的實驗到目前為止還沒有成功這一消息確實令人沮喪, 但洞察號還有著大量其他已經收集到數據的儀器。

最後有一件事是肯定的:火星將繼續給科學家帶來驚喜

作者: Ryan F. Mandelbaum

FY:七個圓

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