火星表面的“洞察”號(hào)  圖源：美國(guó)宇航局官網(wǎng)

利用美國(guó)宇航局“洞察”號(hào)（InSight）任務(wù)采集的地震數(shù)據(jù)，研究人員首次解析火星淺層地下至約200米的深度。

他們獲得了火星埃律西昂平原（Elysium Planitia）地下約200米深處的次表層影像，了解熔巖流之間夾著一層淺淺的沉積層。這一結(jié)果增進(jìn)了我們對(duì)火星地質(zhì)歷史的認(rèn)識(shí)。

相關(guān)論文發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上，標(biāo)題為“The shallow structure of Mars at the InSight landing site from inversion of ambient vibrations”。

“火星一直是大量行星科學(xué)任務(wù)的目標(biāo)，包括飛越、軌道飛行器、著陸器和漫游車，這些任務(wù)側(cè)重于其表面、大氣遙感以及地表地質(zhì)化學(xué)和礦物學(xué)?！眳⑴c研究的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院博士Cédric Schmelzbach和其同事表示。

2018年11月26日，“洞察”號(hào)火星探測(cè)器降落在火星的埃律西昂平原地區(qū)，這是首個(gè)深入研究火星“內(nèi)部空間”的探測(cè)器。

“洞察”號(hào)的英文名“InSight”是使用地震調(diào)查（Seismic Investigations）、大地測(cè)量（Geodesy）和熱傳輸（Heat Transport）進(jìn)行內(nèi)部探索（Interior Exploration）的縮寫，其旨在對(duì)這顆紅色星球進(jìn)行自 45 億年前形成以來(lái)的首次徹底探查。

“洞察”號(hào)有一個(gè)甚寬帶地震儀——SEIS。“SEIS持續(xù)運(yùn)行，主要目標(biāo)是探測(cè)地震，以量化火星地震活動(dòng)并推斷火星的所有尺度的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?！盨chmelzbach表示。

為什么要研究火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)？因?yàn)檫@有助于回答40億多年前太陽(yáng)系中巖石行星（水星、金星、地球和火星）以及巖石系外行星早期形成的關(guān)鍵問(wèn)題。與其他類地行星相比，火星不太大也不太小。這意味著其保留了其形成的記錄，可以讓我們深入了解類地行星是如何形成的。 

此項(xiàng)研究中，Schmelzbach和同事利用SEIS地震數(shù)據(jù)分析了埃律西昂平原，這是火星赤道以北的平坦平原。

地震波穿過(guò)行星內(nèi)部的不同物質(zhì)時(shí)，其速度和形狀各不相同?；鹦巧系倪@些變化為地震學(xué)家提供了一種研究行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。

他們用這些數(shù)據(jù)分析了深度達(dá)200米的淺次表層，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)有一個(gè)浮土層，主要為沙質(zhì)，約3米厚，它的下面有一層約15米厚的粗糙塊狀噴出物（隕石撞擊后被噴出又落回表面的巖石塊）。在這些表層之下，他們發(fā)現(xiàn)了厚約150米的熔巖流，與預(yù)期的次表層結(jié)構(gòu)基本一致。

作者利用當(dāng)前文獻(xiàn)中的撞擊坑計(jì)數(shù)進(jìn)行了測(cè)年，發(fā)現(xiàn)淺層的熔巖流大約有17億年的歷史，形成于亞馬遜紀(jì)（Amazonian period）。亞馬遜紀(jì)是火星上的一個(gè)地質(zhì)時(shí)代，其特征是隕石和小行星撞擊率低，以及大約30億年前開始的寒冷、極度干旱條件 .

而更深的熔巖流形成更早，可追溯到36億年前的西方紀(jì)（Hesperian period），其特征是廣泛的火山活動(dòng)。

在熔巖流之間，從大約30米的深度開始，研究者還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)30-40米厚的地層，其地震速度較低，提示其中沉積物質(zhì)的硬度不如更硬的玄武巖層。他們認(rèn)為，這個(gè)地層可能由夾在西方紀(jì)和亞馬遜紀(jì)玄武巖之間的沉積物組成，或是由亞馬遜紀(jì)玄武巖本身的沉積物組成。

“這些結(jié)果有助于更好地了解火星埃律西昂平原的地質(zhì)過(guò)程，與著陸前模型相比，這對(duì)于未來(lái)的著陸任務(wù)也很有價(jià)值，因?yàn)樗兄谕晟祁A(yù)測(cè)。”參與此項(xiàng)研究的科隆大學(xué)Bensberg天文臺(tái)博士Knapmeyer-Endrun表示，“例如，需要了解淺層地下的特性來(lái)評(píng)估其承載能力和火星車的通行能力?！薄按送?，淺層地下分層的細(xì)節(jié)有助于了解其中可能仍然含有地下水或冰的位置?！?/p>

今年7月，研究者利用“洞察”號(hào)的數(shù)據(jù)在知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表了三篇論文，提供了有關(guān)火星地殼、地幔和地核的深度和組成的詳細(xì)信息，包括確認(rèn)火星的中心是熔融的。

研究者發(fā)現(xiàn)，火星的地殼比預(yù)期的要薄，可能有兩到三個(gè)子層。如果是兩個(gè)子層，則深度可達(dá)20公里，如果有三個(gè)，則可達(dá)37公里。下面是火星的地幔，它延伸了1560公里?；鹦堑暮诵牡陌霃綖?830公里。