“洞察号”最新研究，首次揭秘火星内部结构

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飞往火星的洞察号的艺术想象图（图片来源：NASA/JPL-Caltech）
-导读-
2018年11月着陆火星的美国“洞察号”启动了人类探索火星内部结构的旅程。最近，科学家们公布了基于“洞察号”数据的最新研究结果，首次描述了火星内部究竟长什么样。
【“洞察号”最新研究，首次揭秘火星内部结构】撰文|鞠强
责编|王一苇
2020年的火星发射窗口格外热闹，中国、美国和阿联酋都成功发射了火星探测器。目前，这些探测器都已经顺利抵达火星并且开启了各自的任务。相比之下，上一个火星发射窗口2018年则冷清很多，由于俄罗斯宇航局和欧洲空间局联合发起的ExoMars2020任务被再次推迟，只有美国国家航空航天局（NASA）的洞察号（InSight）只身启程前往火星。
2018年5月5日，洞察号从美国加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空。经过6个多月的太空飞行，于美国东部时间2018年11月26日在火星的埃律西昂平原（ElysiumPlanitia）着陆。
在洞察号之前，人类发射到火星的轨道探测器和火星车主要研究火星表面，而洞察号迈出了探索火星深处的重要一步。在到达火星后的两年多时间里，洞察号收集的数据帮助我们加深了对火星的了解。 2021年7月23日，三篇研究论文在《科学》（Science）上发表，公布了科学家基于洞察号获取的数据所完成的最新研究。这些研究首次直接探测到了地球以外另一颗岩质行星的壳层、幔层和内核结构，呈现了关于火星内部结构和演化历史的丰富信息。
首次在火星表面布设地震仪
洞察号的英文名字InSight ，是InteriorExplorationusingSeismicInvestigations,GeodesyandHeatTransport的缩写，意指“基于地震调查、大地测量与热传导的内部探索” 。这个很长的名字准确说明了洞察号的科学目标，即通过探测火星的地震波和测量火星内部的温度，来了解火星的演化历史，研究火星的内部结构和活动，就像给火星做一次“体检” ，给火星测心跳、量体温。
一颗行星的内部隐藏着关于这颗行星的起源及演化的重要线索。探索行星内部，我们可以了解一颗行星是如何形成的、它的核心是否有可以产生磁场的地磁发电机、内部构造和火山活动的起源等[1] 。
洞察号携带了三件主要科学载荷，组建了一个火星上的地球物理实验室。
一件是“探测内部结构的地震学实验”（SeismicExperimentforInteriorStructure ， SEIS）。这是一部地震仪（更准确地说是研究火星地震的火震仪）；另一件是“热流和物理性质集成装置”（HeatFlowandPhysicalPropertiesPackage ， HP3）[2] ，用于探测火星内部温度。虽然洞察号是由NASA发起的项目，但这两件科学载荷分别是由法国国家空间研究中心和德国空间局提供的。
第三件科学载荷叫作“转动和内部结构实验”（RotationandInteriorStructureExperiment ， RISE）仪器。 RISE通过一对极其精准的无线电发射机和接收机，利用地球和火星之间长距离电磁波传播的多普勒效应来观测火星自转时的晃动，进而推测火星内核的体积和状态[3] 。
洞察号在设计上与2008年登陆火星的凤凰号（Phoenix）相似，这是为了减少从零开始设计和测试新系统的额外开支[4] 。凤凰号任务也由NASA执行，对火星北极附近的地下冰进行了研究。
与火星车可以移动并进行观测不同，洞察号采用了同凤凰号一样的固定台站式的观测模式，这是由洞察号的科学目标所决定的。高精度的地震仪只有固定在台站上才能稳定工作，而不能搭载在火星车上。而且，探测器只有长时间固定在同一个位置，才能准确搜集大量的连续时间序列数据[3] 。