你还在看火星的表面,科学家却看到了火星的内部,里面是什麽样的

释放双眼,带上耳机,听听看~!

2020年是一个「火星大年」,人类一口气发射了三个探测器去火星进行探测,分别是中国的天问一号,美国的毅力号和阿联酋的希望号。

(图片说明:洞察号)

今年年初的时候,三个探测器陆续抵达火星,并且有两辆火星车顺利著陆,在火星表面展开探索,并且传回了一系列火星表面的壮观图片。不过,就在我们还在体验火星表面环境的时候,科学家们已经逐渐看清火星的内部结构了。带领我们看清火星内部的,并不是上述三个探测器,而是另一个探测器——洞察号。

洞察号是美国宇航局在2018年5月发射的火星著陆器,它的主要目的,就是要瞭解火星的内部结构。从著陆开始到现在,它测量了超过700次的火星地震,并利用其中35次的资料,説明科学家绘制了一幅史无前例的火星地壳、火星幔以及火星核的地图,这也是人类历史上首次利用地震资料对其他行星进行内部结构的研究。

(图片说明:火星内部结构示意图)

地震的确是地球上最恐怖的自然灾害之一,但是在没有人的星球上,地震是科学家研究天体结构的重要工具。当地表深处某个位置发生震动时,地震波就会开始向周围各个方向传播,并且在遇到不同的材料时产生不同的传播和反射效果。通过分析这些特徵,科学家就可以推测出星球的内部有什麽。

和地球不同的是,火星似乎比较平静。我们知道,地震是板块运动的结果,但火星上没有板块构造。虽然火星上有一些非常古老的火山区域,可是最近也没有新的火山活动。甚至在更深处,火星似乎也没有像地球这样以熔融状态滚动的内核,导致它连磁场都没有。因此,长期以来,很多人都认为火星上不会有地震。

(图片说明:祝融号火星车拍摄的火星表面)
不得不说,在这种情况下还坚持发射洞察号,美国宇航局还真是有勇气。幸运的是,在2019年4月,它检测到了第一次来自于火星深处的震动——大胆的尝试没有白费,我们将可以通过地震来瞭解火星内部结构了!

随后,地震探测工作进行得很顺利,超过700次火星震被记录,其中35个的强度足以帮助科学家进行分析了。这个比例看似低了点,但考虑到火星本就没有什麽板块活动,再加上洞察号是孤军奋战,不像地球上都是利用多个监测站来获取资料,所以35次已经不少了。更何况,这已经足以让科学家来进行分析了。

(图片说明:洞察号利用地震波对火星内部结构进行分析)

德国科隆大学的Brigitte Knapmeyer-Endrun介绍洞察号的原理说:「地震学主要通过速度的对比来进行测量,在不同的物质中,地震波传播的速度有所不同。而且就像光一样,我们可以观测到类似于反射和折射的现象。」

最终,这些资料让科学家们一口气输出了三篇论文,分别介绍了火星地壳、火星幔和火星核三层结构,在《科学》杂志上向世人介绍了红色星球那隐藏在地表以下的神秘结构。
第一篇文章的主要内容,就是介绍火星地壳的结构和特点。研究人员指出:火星地壳的厚度大约在24-72公里之间,并且至少有两层结构。

(图片说明:火星)
他们还发现,火星地壳的最上层表现出了惊人的多孔性,尤其是洞察号著陆的区域,地壳薄得出奇。研究人员指出:导致这个现象的原因,应该在于地壳中放射性元素含量比较高,超出了以往的想象。

第二篇论文,讨论的就是火星地幔了。洞察号的资料表明,这一层基本由单纯的岩石层构成,岩石圈的厚度达到了400-600公里。和火星地壳一样,火星幔中可能也含有比较多的放射性元素。

(图片说明:美国机智号直升机拍摄的火星表面)
在最后一篇论文中,研究人员对火星核进行了介绍。他们指出:火星核比此前想象要大得多,达到了1830公里。要知道,火星半径也就是3390公里,这意味著火星核的半径超过了行星半径的一半,也比此前预测的要大了200公里左右。

另外,根据地震资料,研究人员发现火星核也是液态的。考虑到火星核比想象中更大,而其本身质量又是确定的,那就意味著核心的密度要更低一些。研究人员据此推测,或许是核心处的元素除了铁和镍这种比较重的金属之外,还有硫、氧、碳、氢等相对比较轻的非金属元素。

(图片说明:火星内部分层)

瑞士苏黎世联邦理工学院的行星地震学家Simon Stähler说:「为了研究地核,科学家们花费了数百年的时间;在阿波罗任务之后,对月核的测量也耗费了他们40年的时间。而洞察号仅仅花了2年的时间,就探测到了火星的核心。」

对于火星内部,尤其是核心处的探测,很大程度上帮助科学家们瞭解火星是如何失去它的磁场以及内核发电机的。正是因为失去了磁场,火星上的水蒸气等气体,最终从曾经最宜居的天体之一,变成了今天这个荒凉的世界。
同时,我们也可以借此研究地球磁场的运行机制,这对于我们来说,同样至关重要。

(图片说明:本次研究也有利于我们理解地球内部结构)
虽说人类目前还不能挖穿地球,但是我们不仅有手段去瞭解地球内部,甚至还研究了其他星球的内部。

不过,不论是这一次洞察号的研究,还是对地球内部的研究,我们仍然停留在非常初级的阶段。有人说我们对地球内部的瞭解,还不如对宇宙的瞭解多,这句话一点也不夸张。

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