陨石撞击或将解开火星内部面纱

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编译：贺柏翔

校对：牧夫天文校对组

后期：胡永葳

责任编辑：王启儒

最新研究表明，陨石撞击火星的影响比我们预想的更为深远，甚至可能撼动了它的核心

研究综合NASA“洞察号”（InSight）任务和火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter, MRO）的数据。2018年，“洞察号”降落在火星的埃律西昂平原（Elysium Planitia），并携带了首个火星专用测震仪。在四年的任务中，它捕捉到了1300多次“火星震”（以下又或称“地震”，其他名词类同），其中少数由陨石撞击引发，为科学家提供了宝贵的研究素材。

陨石对火星的撞击

Image credit:NASA

一次遥远的撞击

与地球类似，地震波为研究火星内部结构提供了重要线索。2022年，MRO在亚马逊平原（Amazonis Planitia）发现了一个新陨石坑。真正让科学家们兴奋的是，他们首次在刻耳柏洛斯堑沟群（Cerberus Fossae）区域发现了与“洞察号”探测的地震结果相关的撞击事件。该区域距离“洞察号”着陆点约1640公里（1019英里），相当于从北京到广州的距离。

这个21.5米长的陨石坑（相当于一辆半挂卡车的长度）让科学家们感到意外。通常认为，火星地壳会削弱远距离撞击的影响，就像一层厚厚的海绵吸收震动。然而，撞击产生的地震波通过“地震高速公路”更直接地传播，穿透了火星更深的地幔，直达其核心。

这一发现可能颠覆我们对火星内部结构的现有认知。NASA喷气推进实验室（NASA-JPL）的安德鲁·古德（Andrew Good）表示：“火星内部的组成以及撞击产生的地震波如何传播是一个关键因素”。他还提到，NASA未来几年计划在月球上安装测震仪，为类似研究提供更多数据。

洞察号对火星地质活动检测示意图

Image credit:NASA

火星内部的新视角？

伦敦帝国理工学院的“洞察号”团队成员康斯坦丁诺斯·查拉兰博斯（Costantinos Charalambous）指出，这次撞击改变了我们对火星地壳和上地幔的理解。此前，科学家认为地壳会捕获大部分高频地震能量，而深入地幔的能量会迅速消失，就像声音在空旷的房间里逐渐消散。但新发现火星地幔传播地震能量的能力比预想的更强，这表明其元素组成可能与早期模型不同，氧化铁的含量被高估了。

此外，撞击发生在刻耳柏洛斯堑沟群，这里是许多火星地震的多发区域。不同的波形可以区分由深层内部（构造）力驱动的地震活动与浅层外部（撞击）源产生的地震信号。未来，研究团队将重新分析“洞察号”的数据，进一步揭示火星上地幔的特征，逐步拼出火星的“内心世界”。

洞察号使用机械臂为地震仪放置挡风罩

Image credit:NASA

MRO的陨石撞击搜寻

发现微小陨石坑的过程同样充满挑战。MRO通过背景相机（Context Camera）重复拍摄火星表面，并将新图像与既往影像对比，寻找差异。研究人员利用AI加速这一过程，自动识别新撞击点，再通过高分辨率成像科学实验相机（High-Resolution Imaging Science Experiment, HiRISE）进行精准观测。这套由NASA喷气推进实验室开发的AI工具，已成为效率的“加速器”，帮助团队在“洞察号”着陆点3000公里（1864英里）范围内锁定123个新陨石坑，其中49个与“洞察号”的地震数据高度吻合。

“如果依靠人力，这将需要数年时间，”瑞士伯尔尼大学的“洞察号”团队成员瓦伦丁·比克尔（Valentin Bickel）说，“但借助这一工具，我们在几天内从数万张图像缩小到仅剩几张——效率提升了上千倍。”

刻耳柏洛斯堑沟群是火星地震的高发区域

Image credit:NASA

MRO发现的新陨石坑

Image credit:NASA

“洞察号”的遗产

“洞察号”任务为火星地震学和地质学研究提供了宝贵数据，尤其是测震仪取得了重要成果。但遗憾的是，其携带的另一台科研仪器地热流值探测仪（HP3）未能达到预定深度。目前洞察号任务已结束，NASA尚无后续火星地质任务探测计划，相关研究可能要等到2030年的火星载人任务才能再次启动·。

作为NASA、德国航天中心（DLR）和法国国家空间研究中心（CNES）的合作成果，“洞察号”尽管退役，依然为科学界带来新的发现。每一次进展都让我们更接近揭开火星奥秘，未来或许当人类真正踏上火星时，将会感谢这些探测器为我们铺就的探索之路。

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贯穿

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