火星就像是缩小版的地球……

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这张示意图展现45亿年前巨型小行星撞击火星的情景。如此规模的灾难性撞击可能造就了如今散落于火星地幔内的碎片团块。

三年前，美国宇航局（NASA）洞察号火星探测器的太阳能电池板被火星尘埃覆盖，故而无法继续作业并最终退役。但任务传回的数据持续揭示着红色星球的奥秘，尤其在于它与地球的异同。

9月3日，《自然》杂志报道重磅发现：火星内核最深处的物质呈固态而非液态，这与地球的情况一致。

而根据《科学》杂志8月底介绍的另一项成果，火星地幔里充满了古老的巨型物质团块，或来自早期天体相撞形成的碎片；由于厚重迟滞的火星幔搅不散杂质，碎块在数十亿年后的今天仍可提供火星内部结构的地震学侧写。

上述研究帮助学界梳理出火星历史脉络，包括它曾经历的剧烈撞击事件以及失去磁场的缘由。基于新发现，我们有望深入理解其他岩质行星，甚至推定银河系星球适宜生物存活的必要条件。

曾是洞察号科学团队成员的美国布朗大学行星科学家英格丽·多巴尔(Ingrid Daubar，未参与新工作)表示：“我们可以基于对火星的洞察，进一步探究地球乃至所有太阳系行星的形成与演变，或许还会收获关于系外行星的更多见解。”

上图示意了火星内部结构剖面，其中左上方流星体撞击火星表面所产生的震波，被右上方的洞察号着陆器捕获

地球早期的地质历史难以解读，因为地壳一直变化——驱动力来自活跃的构造板块运动，它们持续推动地表与地幔间的物质循环。火星则截然不同，火星地壳如同一个能冻结时间的单体保护层，使内部结构自形成以来就始终保持原貌。

“聆听”地震波在火星内部传播时的震动，是绘制火星内部结构图的一项关键技术。由NASA喷气推进实验室于2018年发射的洞察号在火星表面部署了地震仪，后者任务期间累计记录下超过1300次地震波。

2022年4月24日(任务的第1211个火星日)，洞察号从火星表面传回的最后一张自拍照

《科学》新研究的作者团队分析了8次火星地震。他们发现，地震波以不同频率穿过火星内部，其中高频震波比低频震波延迟数十秒。

论文第一作者康斯坦蒂诺斯·查拉兰布斯(Constantinos Charalambous)表示，模拟结果表明火星震波被地幔里异常的物质团块散射并减速，“就像声纳穿过水下的巨石群”。这位英国帝国理工学院的行星科学家就此进一步作出解释：

高频震波波长较短，更易受小碎片影响。当然，“小”是相对而言的，毕竟这些碎块里有相当一部分“大块头”宽度超过3公里，碎片的分布深度可达火星地表以下约1400公里。如此分散的状态似乎表明碎片形成受巨大能量驱动。

显然，撞击事件完全符合特征。查拉兰布斯的同事托马斯·派克(Thomas Pike)推测，一系列剧烈碰撞可能将小行星或其他天体的碎片注入火星内部，这些物质能存留数十亿年之久，说明火星地幔厚重而运动迟缓，难以完全搅散碎块。

与之相对的是火星内核的特征。根据《自然》新作介绍，中国科学技术大学团队分析了低频震波，基于20多次火星地震的数据，发现穿过“火核”最深处的震波比全液态核模型的预测提前200秒抵达地震仪。

文章第一作者孙道远指出，分析结果表明火星内核由固态内层和包裹内层的液态外层构成。火星震波在半径约600公里的固态内核中传播速度更快。

地球内核同样呈“内固外液”的结构。不过地幔持续循环，会不断从核心汲取热量并促使液态外核部分产生对流，这使得地球周围形成可阻挡有害太阳辐射的磁场，极光现象也由此而来。

相比之下，火星却不具有磁场。部分原因可能在于火星地幔运动迟缓的特性令其无法有效从核心汲取热量。

从剖面结构来看，火星就像缩小版地球——内核、外核和地幔的规模均按比例缩小

除地球外，目前我们只对火星这颗太阳系行星作地震学研究。不过NASA计划于2027年发射的“月球背面地震测量套件”(Farside Seismic Suite)任务，会采用相同技术探测月球内部结构。2028年，NASA还将发射搭载地震仪的蜻蜓号无人机探测器，以探索土星最大卫星泰坦星冰壳下的奥秘。

从其他岩质星球获取的知识，最终会成为科学家了解地球的参考。

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