“洞察号”最新研究，首次揭秘火星内部结构( 二 )

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洞察号在火星表面的艺术想象图|图源：NASA/JPL-Caltech
在火星上直接进行地震探测是行星地震学领域内的一次飞跃。
多年以前， NASA就曾将地震仪送到火星，但观测效果不佳。 1976年， NASA的维京2号（Viking2）携带地震仪在火星表面着陆。但是维京2号的地震仪被放置在着陆器甲板上，因此它对火星地震的观测受到环境作用和风引起的着陆器的振动的影响较大，噪声严重。维京2号在登陆后的第80个火星日记录到了第一次疑似火星地震事件，但是近年来的研究认为这个信号实际上是阵风引起的扰动[5] 。
有了维京2号的经验，洞察号改进了探测方案，首次使用机械臂把地震仪直接布设在火星表面进行地震观测，这就减少了着陆器振动对地震信号的影响。洞察号在登陆火星之后就开始测试地震仪，并在2019年2月21日也就是到达火星后的第85个火星日（一个火星日约为24小时39分钟35秒）完成了把地震仪布设在火星表面的工作，同时开始记录数据[6] 。

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在火星表面的地震仪，由洞察号的相机拍摄|图源：NASA/JPL-Caltech
不过，洞察号在火星上测量地震仍面临很多困难。火星表面昼夜温差大，这会影响到精密地震仪的性能。虽然地震仪配备了一个保护罩，用于隔绝温度和大气压力变化对地震仪的影响，但是它的传感器仍然会记录到由大气压力波和沙尘暴等天气变化而引起的扰动。这些信号对于研究火星的天气很有价值，但是对于研究火星地震和火星内部来说就是恼人的噪声。为了克服这些困难，科学家使用一系列数据分析技术，同时将多次火星地震的数据结合起来进行分析[1] 。
倾听火星的“脉搏”
当地震波在一颗行星内部的不同物质之间穿行时，地震波的速度和波形不同，这些变化帮助地震学家了解行星内部的结构。地球上和月球上的地震学研究表明，基于震波的地震学观测是探测星体内部结构非常有效的方式。地核、月核等内部结构的发现都依赖于地震波探测[6] 。
火星和地球一样，是由环绕太阳的尘埃和成团物质形成的。在形成之后最初的几千万年的时间里，地球和火星都分成了三层，分别是壳层、幔层和内核，这个过程称作分异（differentiation）。
这次发表在《科学》上的3篇论文基于洞察号地震仪的数据，掌握了关于火星壳、火星幔和火星核的深度及组成的信息，确认了火星的中心处于熔融状态。地球的外核处于熔融状态而内核呈固态，科学家要继续使用洞察号的数据来确认火星是否是同样的情况。

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火星内部结构的艺术想象图，从外到内分别是火星壳、火星幔和火星核|图源：NASA/JPL-Caltech
地球板块构造活跃，因而地震频繁。火星的板块构造几乎没有或者很弱，火星壳相当于是一个巨大的板块。但是，由于火星仍在冷却中，不均匀收缩所产生的压力使得在火星壳中仍然会发生地震。
洞察号地震仪已经记录到733次地震，尽管大部分地震的震级都不大。在2年的时间里，所有被记录到的火星地震的震级都不超过4.0级。这次发表的3篇论文用到了其中震级在3.0级到4.0级之间的35次地震的数据[7] 。

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洞察号的地震仪在2019年7月25日也就是洞察号抵达火星之后的第235个火星日时记录到的一次火星地震|图源：NASA/JPL-Caltech