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標題: 科學家首次公佈火星內部詳細構造 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-8-1 10:36 PM 標題: 科學家首次公佈火星內部詳細構造

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　　7月23日消息﹐當地時間週四﹐美國國家航空航天局(NASA)根據「洞察號」火星探測器所採集的數據發佈了第一張詳細的火星內部結構圖﹐結果顯示火星內部結構與地球有很大差異。
　　NASA的「洞察號」火星探測器一直在收集火星震動數據。發表在《科學》雜誌上的三篇論文利用「洞察號」所採集的數據對火星地質構造進行了深入分析﹐這也是人類首次獲得其他行星的內部結構圖。論文指出﹐整個火星就像是多種糖果組成﹐其外殼被巧克力狀的火山岩分成兩到三層﹐之下的火星幔有著巨大堅硬﹑像太妃糖一樣的填充物。而火星核心更輕﹐根本不像牛軋糖﹐特別是外核更像是一坨糖漿。
　　人類對行星內部結構的研究已經進行了很長時間。1889年﹐人類首次發現上層堅硬緻密而下層柔軟高溫的地球地幔﹐繼而分別在1914年和1935年確定了地球的液態外核以及固態內核。人類也曾對月球進行過類似探測﹐阿波羅登月任務宇航員就將地震儀留在月球表面。
　　人類對火星也進行著同樣的探測活動。倫敦大學皇家霍洛威學院地震學家Paula koeleeijer說﹐這項研究工作使用了有史以來技術最先進的地震儀﹐代表了「行星地震學的一次重大飛躍」。
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　　早期研究任務只是對火星內部結構尺寸和性質進行了粗略估計。但「洞察號」對火星震動的調查讓火星內部結構分析更為精確﹐科學家可以用「洞察號」採集到的震動數據來模擬火星演化模型。「洞察號」的發現也將有助於科學家研究其他行星。「如果你是一個醫生﹐只給一個病人做過手術﹐就不會成為很好的醫生﹐」論文合著者﹑NASA噴氣推進實驗室行星地震學家馬克·潘寧(Mark Panning)說。
　　「化學證據表示﹐火星更像是我們地球的表親而不是兄弟姐妹。它確實是存在於早期太陽系的古老遺跡﹐」日本東京地球生命科學研究所地震學家克裡斯汀·豪瑟(Christine Houser)說。
　　金星則被認為是地球的孿生兄弟。為什麼火星在地質結構上與地球和金星如此不同﹖在過去的兩年時間裡﹐「洞察號」研究了火星磁力﹑繞太陽運行時的晃動以及由火星震動產生的震動波。大多數火星震動發生在淺層。但也有一些來自更深的地方﹐抵達「洞察號」所處位置之前在火星內部反覆傳播。震動波在穿越不同物質時速度和方向都會改變﹐所以科學家可以利用這些深層震動來瞭解火星內部結構。
　　這並非易事。單一地震儀意味著科學家們只能觀察到火星上的一個區域﹐而不是整個星球。而且﹐要構建詳細的火星內部結構圖﹐能探測到大量穿過整個星球的強震才比較理想。但火星上發生的震動強度從來沒有超過4.0級。儘管面臨諸多挑戰﹐但科學家最終證實﹐火星南部高地的外殼較厚﹐而北部低地的外殼較薄﹐科學家推測可能很久以前這裡有過海洋。火星外殼的平均厚度在24到72公里之間。火星外殼可能有上中下三層﹐其中上層主要是被隕石擊碎的火山岩﹐中間層是更連貫的火山岩﹐而科學家暫時還無法確定下層的結構特性。
　　和地球一樣﹐火星幔比外殼要厚得多。上地幔是堅硬緻密的岩石﹐也是地球上不斷變化的構造板塊基礎。相比之下﹐上層火星幔厚度可能是上層地幔的兩倍﹐甚至要更厚。這「可能是我們在火星上看不到板塊構造的簡單解釋﹐」論文合著者﹑瑞士蘇黎世聯邦理工學院地球物理學家阿米爾·汗(Amir Khan)說。這種剛性可能阻止了火星上層分裂成多個構造板塊﹐使其表面並不像地球這樣有山脈﹑海洋﹑盆地﹑平原﹑峽谷等如此多樣的地貌特徵。
　　火星幔的結構也給科學家明白﹐為什麼一個曾經擁有亞利桑那州那麼寬火山﹑噴發熔岩流甚至可以覆蓋整個英國的行星現在地質活動並不活躍。一個行星的火山活動和板塊構造活動本質上源自熱量從行星內部傳導到外殼。抵達「洞察號」的震動波表明﹐現在火星幔相對較冷﹐使得火星表面並不容易產生大規模地質活動。
　　「洞察號」還發現﹐火星幔整體厚度約為地幔的一半。由於缺乏隔熱層﹐火星在年輕時常常劇烈噴發﹐加劇了熱量損失。此外﹐火星體積的更小﹐其在形成初期有大量熱量輻射到太空中。火星幔的整體厚度可能也有助於解釋為什麼僅僅在誕生7億年後﹐火星的保護性磁場就消失了。地球磁場是由液態外核內的鐵鎳循環流動提供動力。據推測﹐火星也有類似的循環﹐但其內部的快速冷卻導致這些物質流動停止﹐磁場也隨之消失。
　　火星沒有磁場來保護自身不受太陽大量輻射﹐火星大氣層就像紙屑一樣被吹走了。曾經頻繁出現在火星表面的水大量逸散到太空中﹐把火星變成了寒冷荒漠。
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　　「洞察號」還探測到了火星核心。火星核心半徑為1800公里﹐比科學家預期的要大。它的密度也不高﹐這是「到目前為止我們發現的最有趣結果之一﹐」阿米爾·汗說。由於地球比火星大得多﹐地核密度相當大﹐所有重量都把地核壓在了一起。而火星很小﹐其核心壓縮程度應該略低一些。但「洞察號」發現﹐火星核心密度只有地球一半﹐這是行星核心緻密理論無法解釋的。
　　這意味著火星核心一定是由不同物質組成的。和地球一樣﹐其中仍然含有大量的鐵和鎳﹐但也有相當一部分是諸如氧﹑碳﹑硫和氫等較輕元素。火星核心非同尋常的化學成分是其獨特形成歷史的又一線索。
　　關於火星內部結構仍有許多未解之謎。「洞察號」並未探測到足以穿過火星核心的強大震動波。所以科學家仍不清楚火星是否像地球這樣有一個固態內核。目前只能確定﹐火星有一個液態外核。與地球的外核相比﹐火星外核更像漿糊﹐移動緩慢。
　　火星震動本身仍然令人困惑。這可能是探測行星內部結構的關鍵﹐但其起源仍存在很大爭議。例如﹐淺層震動在火星冬季更強烈更頻繁。「這很奇怪﹐因為在地球上沒有明顯的季節性地震﹐」論文合著者﹑瑞士蘇黎世聯邦理工學院地震學家西蒙·斯塔勒(Simon Stahler)說。
　　「洞察號」的科學考察活動已經延長到2022年12月﹐隨著其探測到更多火星震動波﹐這些謎團可能會得到解決。但是﹐「洞察號」探測器太陽能電池板上積聚的灰塵可能會讓機器人在一年內宕機。
　　今年2月份﹐NASA的「毅力號」火星車登陸火星傑洛隕石坑﹐在這片曾經的河流三角洲尋找火星是否存在微生物的跡象。「毅力號」火星車項目負責人詹妮弗·特羅珀(Jennifer Trosper)宣佈﹐團隊已經測試了火星車最重要的功能之一：打開一個手指大小的樣品管﹐密封並儲存在火星車內。
　　「毅力號」火星車的主要目標是在傑洛隕石坑提取至少20個不同巖芯。這些火星樣本將於2031年被送回地球進行研究。火星車團隊現在正準備在今年8月份提取並儲存第一個岩石樣本。「毅力號」火星車將徹底改變人們對火星表面的科學認識。「洞察號」則打開了通往火星地下世界的大門。這些任務意味著﹐總有一天人類會像瞭解地球一樣瞭解火星。

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