火星二分法：红色星球的巨大谜题终于解开

火星可能是太阳系最大的谜团：所谓的火星二分法，自20世纪70年代被发现以来，一直困扰着科学家。

火星的南部高地（覆盖了火星表面的三分之二）比北部低地高出5到6公里。在太阳系的其他任何地方，我们都看不到如此巨大而鲜明的对比。

是什么导致了这种戏剧性的差异？科学家们对它是由外部因素（如与一颗巨大的月球大小的小行星碰撞），还是内部因素（如通过行星熔融内部的热流），造成的存在分歧。

在发表在《地球物理研究快报》上的一项新研究中，科学家们分析了美国宇航局的洞察号着陆器探测到的地震，该着陆器位于二分法两边的边界附近。研究火星地震的振动是如何传播的，揭示了火星二分法的起源在这颗红色星球的深处。

火星人的二分法

海拔高度并不是火星两面性的唯一区别。

南部高地布满了火山口，布满了冰冻的火山熔岩流。相比之下，北部低地的表面光滑平坦，几乎没有明显的伤痕和其他显著特征。

从地球物理和天文测量中，我们还知道火星南部高地下的地壳要厚得多。更重要的是，南部的岩石是磁化的（这表明它们可以追溯到火星有全球磁场的远古时代），而北部低地的岩石则不是。

火星上的二分法是在20世纪70年代发现的，当时海盗号探测器传回的图像显示，火星上的陨石坑在高度和密度上存在差异。

陨石坑的表面密度（每单位面积上的陨石坑数量）可以用来计算表面岩石的年龄 —— 表面越老，陨石坑越多。因此，南部高地似乎比北部低地更古老。

科学家们还认为，火星上曾经有一个巨大的液态水海洋，可能与北部低地位于同一地区。

关于这一点有很多争论，因为当陆地被海洋覆盖时形成的沉积物、地貌和某些矿物质的存在与否被用作支持或反对的主要证据。

液态水的存在是生命存在的先决条件，因此不难理解科学界和航天机构对这个问题的兴趣。

外太空还是内力？

火星二分法的起源一直是行星科学中一个长期存在的谜题。在火星的早期阶段（考虑到火星表面岩石的年龄），什么样的渐进或剧烈的自然过程、现象、宇宙力量或灾难可以为这个问题提供答案？

目前出现了两种主要假设。

首先是所谓的内生假说。该理论认为，在火星地幔内部，热物质的上升和冷物质的下沉所传递的热量不同，导致了火星表面明显的两极分化。

第二种是外生假说，根据这种假说，二分法的原因来自于太空。这将意味着一个月球大小的天体或几个较小的天体的灾难性影响，重塑地球的表面。

火星地震

在地球上，我们可以使用数百甚至数千个地震仪的数据来三角测量地震的位置。

在火星上，我们只有洞察号着陆器上一台仪器的数据。为了找到地震的位置，我们必须依靠测量不同类型的振动（称为P波和S波）在到达时间上的差异。

这让我们可以计算到地震的距离。我们还可以通过观察地面上粒子的运动来确定地震的方向。

一旦我们根据洞察号数据建立了一个精确定位火星地震的系统，我们就会将其与卫星摄像机发现的流星体撞击等已知事件进行对比。科学家们发现，他们的方法可靠地指向了南部高地的Terra Cimmeria地区的一组地震。

接下来，他们研究了S波在穿越南部高地岩石时是如何损失能量的。他们还对早先在北部低地Cerberus Fossae地区观测到的地震进行了类似的计算。

比较这两种情况表明，在南部高地，波的能量损失更快。最可能的解释是，南部高地下面的岩石比北部的热。

地震告诉了我们关于这种二分法的什么

这两部分之间的温差支持了这样一种观点，即分裂是由火星的内部力量造成的，而不是外部影响。

对原因的完整解释是相当复杂的。为了简化问题，科学家们根据很久以前火星地壳的初始不均匀度，建立了这种二分法是如何形成的模型。

火星曾一度像地球一样有移动的构造板块。这些板块和它们下面的熔融岩石的运动可能造成了类似二分法的东西 —— 当构造板块停止运动时，这种二分法被冻结在原地，在地球熔融的内部形成科学家所说的“停滞的盖子”。

这些事件可能使熔融岩石中的对流模式成为可能，这可以解释我们今天看到的两极分化，即南部高地下面的上升流和北部低地下面的下流流。

我们的火星地震证据表明，温度差异跨越二分法与这些模型是一致的。

为了最终回答是什么导致了火星的两极分化，我们将需要更多的火星地震数据，以及火星如何形成的详细模型，以及与地球和其他行星的比较。然而，科学家们的研究揭示了一个重要的新难题。

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