火星：一顆巧克力太妃溏心球

◎范旭

北京時(shí)間2021年7月23日，在“洞察”號(hào)火星探測(cè)器的幫助下，美國(guó)宇航局（NASA）首次公布了火星內(nèi)部構(gòu)造圖（如圖1）。從圖中可以看出，火星就像一顆巧克力太妃溏心球。這是人類(lèi)第一次對(duì)另一個(gè)星球的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行繪圖，由此發(fā)現(xiàn)了這顆紅色星球與地球這顆藍(lán)色星球存在著的巨大差異。

圖1 火星內(nèi)部構(gòu)造圖（圖/ IPGP David Duros）

火星，這顆人們熟悉的類(lèi)地行星，究竟有何神秘之處？火星和地球的構(gòu)造又有哪些不同？讓我們跟隨“洞察”號(hào)一一解開(kāi)謎團(tuán)。

··通過(guò)地震勘測(cè)研究火星··

近日，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志發(fā)表了3篇關(guān)于火星的論文。這3篇論文的合著者，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的行星地震學(xué)家馬克·潘寧表示，他們把之前通過(guò)收集地震波來(lái)研究地球內(nèi)部的方法用到了研究火星上。

“火星更像是地球的表親，而不是兄弟姐妹，”東京地球生命科學(xué)研究所的地震學(xué)家克里斯汀·豪斯說(shuō)，“它的體積比地球小了6倍，可能是太陽(yáng)系早期真正的古老遺跡?！?/p>

過(guò)去兩年間，科學(xué)家們利用“洞察”號(hào)研究了火星磁性、繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)的抖動(dòng)及其震動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的地震波。一臺(tái)“洞察”號(hào)相當(dāng)于一個(gè)單獨(dú)的地震儀，這意味著科學(xué)家們只能觀(guān)察到火星的一個(gè)區(qū)域，而不是整個(gè)星球。要構(gòu)建火星內(nèi)部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，得探測(cè)到大量穿過(guò)整個(gè)火星的強(qiáng)震，然而，這幾年火星上發(fā)生的震動(dòng)強(qiáng)度從來(lái)沒(méi)有超過(guò)4.0級(jí)，這無(wú)疑給研究增添了難度。

圖2 “洞察”號(hào)在2019年記錄的一次火星地震（圖/NASA）

“我們必須向前推進(jìn)，看看我們能用這些數(shù)據(jù)做些什么?！笨坡〈髮W(xué)行星地震學(xué)家布里吉特·克納梅耶·恩德倫說(shuō)，他是其中一篇論文的主要作者。盡管面臨挑戰(zhàn)，科學(xué)家們還是成功地對(duì)火星內(nèi)部進(jìn)行了詳細(xì)的“X光檢查”。

··發(fā)現(xiàn)火星的秘密··

科學(xué)家證實(shí)，火星南部高地的地殼較厚，北部低地的地殼較薄，由此得出火星北部在很久以前可能是一片海洋。

火星地殼的平均厚度在24千米至72千米之間，可以分成3層：一是主要由隕石粉碎成的火山巖組成的頂層，一是由更連貫的火山巖組成的中層，一是暫時(shí)無(wú)法確定是否存在的下層。

和地球一樣，火星的地幔比地殼厚得多，火星上地幔中堅(jiān)硬的那部分形成了不斷移動(dòng)的板塊，厚度約為地球的一半。

瑞士地球物理學(xué)家、3篇論文的合著者阿米爾·汗說(shuō)，火星堅(jiān)硬的上地?？赡芙忉屃藶槭裁次覀?cè)诨鹦巧峡床坏蕉鄻拥陌鍓K構(gòu)造。這些堅(jiān)硬的外殼也阻止了上地幔分裂成單獨(dú)的板塊，因此火星不像地球一樣有諸多的山脈、海洋、盆地。

火星地幔的構(gòu)造也讓我們明白為什么一個(gè)曾經(jīng)擁有大火山且經(jīng)常噴發(fā)出熔巖流的星球，現(xiàn)在的地質(zhì)活動(dòng)卻一點(diǎn)也不活躍。這是因?yàn)橐活w行星的火山和板塊構(gòu)造活動(dòng)，本質(zhì)上是由從行星內(nèi)部到外殼的熱量運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，而火星地幔較冷，缺少熱量，導(dǎo)致其表面不易產(chǎn)生大規(guī)模的地質(zhì)活動(dòng)。

圖3 火星勘測(cè)軌道器拍攝到的滑坡

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，由于沒(méi)有磁場(chǎng)保護(hù)火星免受太陽(yáng)輻射，火星的大氣層就像紙屑一樣容易被風(fēng)吹走，其表面的水如果沒(méi)有被巖石吸收，就會(huì)流進(jìn)太空。這就使得火星最終會(huì)變成一片寒冷且受輻射的沙漠。

··仍有很多謎團(tuán)尚未解開(kāi)··

盡管人類(lèi)通過(guò)火星地震勘測(cè)第一次成功了解了其深層結(jié)構(gòu)，但目前還沒(méi)有探測(cè)到足以穿過(guò)火星核心的強(qiáng)大震動(dòng)波，所以科學(xué)家不知道火星是否和地球一樣有一個(gè)堅(jiān)固的內(nèi)核。而能確定的是，火星有一個(gè)液態(tài)的外核——它就像泥漿在緩慢移動(dòng)。

無(wú)論如何，“洞察”號(hào)已經(jīng)是火星上的“老兵”了，如今，新的火星探索者已經(jīng)成功著陸。

2021年 5月22日，我國(guó)“祝融號(hào)”火星車(chē)已安全駛離著陸平臺(tái)，到達(dá)火星表面，標(biāo)志著我國(guó)正式成為世界上第二個(gè)能在火星上進(jìn)行巡視探測(cè)的國(guó)家，這將為人類(lèi)認(rèn)識(shí)火星提供更多可能。