美國(guó)宇航局(NASA)“洞察”號(hào)火星車(chē)揭示了火星的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，這是人類(lèi)首次發(fā)現(xiàn)這顆紅色星球與我們藍(lán)色星球的巨大差異。這也是有史以來(lái)，首張人類(lèi)獲得的另一顆行星的內(nèi)部構(gòu)成圖。值得一提的是，“洞察”號(hào)的任務(wù)為科學(xué)家提供了一個(gè)不同于地球的星球內(nèi)部，將有助于科學(xué)家研究其他星球。
火星，這顆人們熟悉的類(lèi)地行星，究竟有何神秘之處？火星和地球又有那些區(qū)別？這張首次公布的火星內(nèi)部詳細(xì)構(gòu)圖，將為我們揭開(kāi)很多謎團(tuán)。
原來(lái)你是一顆巧克力太妃溏心星球
地球表面幾乎所有東西都是由地下深處的“引擎”決定，火星也一樣。NASA于2018年11月發(fā)射到火星表面的“洞察”號(hào)，給科學(xué)家們送回了這張我們鄰近星球的地質(zhì)內(nèi)部構(gòu)造圖。本周四發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的三篇論文，利用“洞察”號(hào)這幾年在火星表面收集到的數(shù)據(jù)，揭示了這顆紅色星球就像一顆巨大的糖果——它的外殼被分成兩到三層火山巧克力；下面的地幔內(nèi)部物質(zhì)更像太妃糖一樣的填充物；而核心則像令人驚訝的輕質(zhì)牛軋?zhí)翘切摹芏嗵菨{在里面。
“如果你是一個(gè)醫(yī)生，只給一個(gè)病人做過(guò)手術(shù)，就不會(huì)成為很好的醫(yī)生。”這3篇論文的合著者，加州帕薩迪納美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的行星地震學(xué)家馬克·潘寧表示，他們把地球上通過(guò)收集地震波來(lái)研究地球內(nèi)部的方法用到了火星上。
“火星更像是我們星球的表親而不是兄弟姐妹，”東京地球生命科學(xué)研究所的地震學(xué)家克里斯汀·豪斯(Christine Houser)說(shuō)，“它體積小了六倍，證據(jù)表明，這是太陽(yáng)系早期真正的古老遺跡。”
過(guò)去兩年中，“洞察”號(hào)研究了火星磁性、繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)的抖動(dòng)以及它震動(dòng)產(chǎn)生的地震波。一個(gè)單獨(dú)的地震儀意味著科學(xué)家們只能觀(guān)察到火星上的一個(gè)區(qū)域，而不是整個(gè)星球。而且，要構(gòu)建一個(gè)火星內(nèi)部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，能探測(cè)到大量穿過(guò)整個(gè)星球的強(qiáng)震才比較理想，不過(guò)，在這幾年內(nèi)，火星上發(fā)生的震動(dòng)強(qiáng)度從來(lái)沒(méi)有超過(guò)4.0級(jí)。
“我們必須向前推進(jìn)，看看我們能用這些數(shù)據(jù)做什么，”科隆大學(xué)行星地震學(xué)家Brigitte Knapmeyer Endrun說(shuō)，他是火星地殼論文的主要作者。盡管面臨挑戰(zhàn)，研究小組還是成功地對(duì)火星的內(nèi)部進(jìn)行了詳細(xì)的X光檢查。
為啥和地球相差那么大？
科學(xué)家證實(shí)，南部高地的地殼較厚，北部低地的地殼較薄，那里可能很久以前就有短暫的海洋聚集。平均來(lái)說(shuō)，火星地殼的厚度在15到45英里之間。它被分成一個(gè)主要由隕石粉碎的火山巖組成的頂層，一個(gè)由更連貫的火山巖組成的中層，也許還有一個(gè)暫時(shí)無(wú)法確定其性質(zhì)的下層。
和地球一樣，火星的地幔比地殼厚得多，火星上地幔的堅(jiān)硬部分形成了不斷移動(dòng)的板塊基礎(chǔ)，厚度約為地球的一半。瑞士ETH Zürich的地球物理學(xué)家、這三項(xiàng)研究的合著者阿米爾·汗(Amir Khan)說(shuō)，火星堅(jiān)硬的上地幔“可能是我們?cè)诨鹦巧峡床坏桨鍓K構(gòu)造多樣的簡(jiǎn)單解釋”。這種整體的剛性阻止了火星上層分裂成單獨(dú)的板塊，解釋了火星不能像地球上有如此多樣的山脈、海洋盆地、火山和大陸的原因。
火星地幔的構(gòu)造也為我們提供了線(xiàn)索，讓我們明白為什么一個(gè)曾經(jīng)擁有美國(guó)亞利桑那州那樣大的火山，并經(jīng)常噴發(fā)出熔巖流的星球，現(xiàn)在卻地質(zhì)活動(dòng)并不活躍。這是因?yàn)橐活w行星的火山和板塊構(gòu)造活動(dòng)本質(zhì)上是熱量從行星內(nèi)部到其外殼的運(yùn)動(dòng)所驅(qū)動(dòng)的，可較冷的火星地幔，使得火星表面并不容易產(chǎn)生大規(guī)模地質(zhì)活動(dòng)。
“洞察”號(hào)還發(fā)現(xiàn)，火星的地幔由于缺乏隔熱層，火星年輕時(shí)劇烈噴發(fā)時(shí)的熱量損失會(huì)加劇其大量原始熱量輻射到太空。這層薄薄的地幔也可以部分解釋為什么火星在其歷史的前7億年失去了保護(hù)磁場(chǎng)。地球的磁場(chǎng)是由液態(tài)外核內(nèi)的鐵鎳電流循環(huán)驅(qū)動(dòng)的，而火星也有類(lèi)似的環(huán)流，但其內(nèi)部的快速冷卻導(dǎo)致這些電流被阻塞，磁場(chǎng)也就消失了。
由于沒(méi)有磁場(chǎng)來(lái)保護(hù)火星免受太陽(yáng)輻射的影響，火星的大氣層就像五彩的紙屑一樣被吹走。曾經(jīng)出現(xiàn)在它表面的水——如果它沒(méi)有被下面的巖石吸收的話(huà)——就會(huì)流進(jìn)太空，把火星最終變成了一個(gè)寒冷的、受輻射的沙漠。
“洞察”號(hào)還探測(cè)到了火星的核心。它的半徑為1140英里，比科學(xué)家預(yù)期的要大。它的密度也不高，這是“迄今為止我們發(fā)現(xiàn)的最有趣的結(jié)果之一，”汗博士說(shuō)。
地球核心的密度相當(dāng)大，因?yàn)榈厍虮然鹦谴蟮枚啵灾亓慷急坏睾藬D壓在一起。由于火星很小，預(yù)計(jì)它的核心壓縮程度會(huì)稍低一些。但是“洞察”號(hào)發(fā)現(xiàn)它的密度只有地球的一半，這意味著火星的核心一定是由不同的物質(zhì)組成的。和地球一樣，它仍然含有大量的鐵和鎳，但也含有相當(dāng)一部分較輕的元素，如氧、碳、硫和氫。
仍有很多謎團(tuán)尚未解開(kāi)
盡管人類(lèi)通過(guò)火星地震勘測(cè)第一次成功了解其深層結(jié)構(gòu)，但仍有許多問(wèn)題待解答。目前還沒(méi)有探測(cè)到足以穿過(guò)火星核心的強(qiáng)大震動(dòng)波，所以科學(xué)家不知道火星是否和地球一樣有一個(gè)堅(jiān)固的內(nèi)核。目前只能確定，火星有一個(gè)液態(tài)的外核——盡管與地球相比，它更像泥漿，移動(dòng)緩慢。
“洞察”號(hào)的科學(xué)考察已延長(zhǎng)至2022年12月，因此，隨著更多研究，謎團(tuán)會(huì)漸漸解開(kāi)。不過(guò)，“洞察”號(hào)的太陽(yáng)能電池板上堆積的灰塵可能會(huì)在一年內(nèi)“殺死”這輛功勛卓著的火星車(chē)。
不論如何，“洞察”號(hào)已經(jīng)是火星的老兵了，現(xiàn)在，更多的火星探索者紛紛成功著陸，為人類(lèi)認(rèn)識(shí)這個(gè)星球提供了更多可能。
成都商報(bào)-紅星新聞?dòng)浾?范旭
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