火星內部核心到底有什麼？InSight著陸器揭開了紅色星球的秘密

火星是我們最想探索的行星之一 但我們對它的內部結構知之甚少 現在 美國宇航局的InSight着陸器 給我們帶來了一些驚人的發現 讓我們能夠窺探火星的核心 地脈和地殼 通過分析火星上發生的地震 科學家們繪製了一幅 火星內部的新圖景 揭示了一些意想不到的特徵 例如一個液態硅酸鹽層 和一個含有大量氫元素的核心 這些發現 不僅增加了我們對火星的瞭解 也爲研究其他行星提供了新的視角 InSight着陸器於2018年11月 在火星表面着陸 它攜帶了一個地震儀 用於記錄火星上的震動 這些震動可能是由隕石撞擊 地殼斷裂 或者地脈對流引起的 通過測量這些震動產生的地震波 在火星內部的傳播速度和衰減程度 科學家們可以推斷出 火星內部不同層次的密度 蘇黎世聯邦理工學院的研究人員 收集並分析了InSight着陸器 傳輸到地球的數據 並與巴黎地球物理研究所的 研究人員合作 使用不同的方法 得出了類似的結論 雖然任務結束 但我們現在已經發現了一些 非常有趣的東西 蘇黎世聯邦理工學院 地球科學系高級科學家 Emil Kahn說 科學家們發現 在火星液態鐵合金核心 和固體硅酸鹽地脈之間 存在着一層約150公里厚的液態硅酸鹽 這是一個非常罕見的現象 因爲地球沒有像這樣 完全熔融的硅酸鹽層 這可能是由於火星較小的體積 和較快的冷卻速率造成的 這一層液態硅酸鹽 可能對火星磁場和大氣層有重要影響 科學家們認爲 在過去 火星曾經有一個強大的磁場 就像地球一樣 但後來消失了 這可能是因爲液態硅酸鹽層 阻礙了核心對流 從而削弱了磁場 沒有磁場保護 火星大氣層也逐漸被太陽風剝離 導致火星變得寒冷和乾燥 科學家們還發現 火星核心比以前認爲的要小 半徑約爲1650至1700公里 大約是火星半徑的50% 如果火星核心比以前認爲的要小 但質量相同 那麼它的密度更大 因此它包含的氫元素更少 氫元素是指比鐵氫的元素 例如 硫 碳 氧 和氫 這些元素在行星形成的早期階段 可能與鐵一起沉積到核心中 地球的核心由大約90%的鐵 和10%的氫元素組成 而火星核心的氫元素比例 估計爲9%至14% 這意味着火星核心的平均密度仍然有些低 但在典型的行星形成情景中 不再令人費解 火星核心含有大量氫元素的事實表明 它一定是很早就形成的 可能是在太陽仍然被星雲氣體包圍的時候 氫元素可能積聚在火星核心中 爲了從地震數據推斷出 火星內部不同層次的組成 科學家們通常將數據與含有不同比例氫元素的 合成鐵核金的數據進行比較 在實驗室中 這些核金暴露在與火星內部相當的高溫和壓力下 使研究人員能夠直接測量密度和地震波速度 然而 目前大多數實驗 都是在地球內部普遍存在的條件下進行的 因此不能立即試用於火星 因此 蘇黎世聯邦理工學院的研究人員 在瑞士盧加諾的瑞士國家超級計算中心進行了計算 並使用量子力學計算了各種核金的性能 當研究人員將計算出的結果 與基於InSight地震數據的測量結果進行比較時 他們遇到了一個問題 事實證明 沒有鐵氫元素核金同時匹配火星核心頂部和中心的數據 例如 在覈心地幔邊界 鐵核金必須含有比核心內部多得多的碳 我們花了一段時間才意識到 我們之前認爲 是外部液態鐵核的區域畢竟不是核心 而是地幔的最深處 蘇黎世聯邦理工學院地球科學系博士後研究員 當央光說 爲了支持這一點 研究人員還發現 在覈心最外層150公里處 測量和計算的密度和地震波速度 與液態硅酸鹽移植相同的材料 固體形式 火星地幔組成 對早期地震的進一步分析和額外的計算機模擬證實了這一結果 令人遺憾的是 塵土飛揚的太陽能電池板和由此產生的電力不足 使得inside着陸器無法提供額外的數據 這些數據可以更多地揭示火星內部的組成和結構 然而inside是一項非常成功的任務 它爲我們提供了許多新的數據和見解 這些數據和見解將在未來幾年進行分析