隐藏的火星秘密：美国宇航局的洞察号着陆器揭开了火星熔融之谜

艺术家对火星内部结构的看法，显示了从2021年9月陨石撞击到洞察号任务的SEIS地震仪的绕射波的传播。它们的轨道经过地幔底部硅酸盐层的较低、完全熔融的部分，那里的地震速度较低。来源:IPGP / CNES / N. Starter

最近的数据挑战了美国宇航局最初的洞察号火星着陆器任务的发现火星的内部结构研究人员在火星地幔底部发现了熔融硅酸盐层这表明地核比先前估计的更小、密度更大。

美国宇航局洞察号任务的第一批数据使科学团队在2021年夏天发表的一系列论文中确定火星的内部结构成为可能。然而，从那以后，对2021年9月18日发生的一次强大陨石撞击产生的新数据的分析，质疑了对这颗红色星球内部结构的最初估计。

通过研究这次撞击产生的波的传播时间，由法国国家科学研究中心巴黎全球物理研究所研究员亨利·塞缪尔领导的一个国际团队，包括来自法国国家科学研究中心、法国国家科学研究中心- supaero和巴黎城市大学的科学家，以及来自比利时皇家天文台、马里兰大学和布里斯托尔大学、z 里奇理工学院、俄罗斯科学院和美国国家航空航天局喷气推进实验室的共同作者，证明了火星金属核上方地幔底部存在熔融硅酸盐层。

火星的进化

这个新的结构模型于2023年10月25日发表在《自然》杂志上，它不仅与所有可用的地球物理数据更加一致，而且还更好地解释了火星自形成以来的演变。

特别是，这种火星地幔分层的证据阐明了2021年9月陨石撞击产生的绕射波的异常缓慢传播，迄今为止尚未解释，它们的轨迹位于基底层的较低和完全熔融的部分，那里的地震速度较低。

此外，对于一些较老的地震事件，在火星表面测量到的波到达时间与在熔融层顶部(位于金属核上方几十公里处)反射的剪切波是一致的，而不是像之前假设的那样在地核-地幔界面。

最后，这个基底层的存在有助于解释火卫一(火星最近的卫星)的观测轨迹。事实上，基底层的上部和部分熔融部分有效地消散了由火卫一引力吸引产生的变形。相比之下，这一层之上的固体地幔更加坚硬，地震衰减能力差，这一点从火星表面探测到的与相对低震级地震事件相关的波中可以看出。

Henri Samuel, CNRS研究员和IPGP的地球动力学家，在《自然》杂志上发表的一篇文章中解释了火星内部结构的新模型。这项由美国宇航局“洞察号”任务的科学家进行的研究提出，火星地幔是不均匀的，由覆盖在火星核心上的一层熔融硅酸盐组成。这个模型是利用陨石撞击后火星上记录的地震数据建立起来的，它解释了所有的地球物理观测结果，彻底改变了我们对这颗红色星球内部结构及其演变的看法。来源:?IPGP

重新定义火星的核心

地幔底部熔融层的存在意味着金属核比以前的地震估计小150至170公里(即半径为1650±20公里)，密度为5%至8%(即6.5 g/cm3)。因此，这个密度更大的核心将由一种合金组成，其中的轻元素比以前要求的要少，并且更符合火星陨石分析和高压实验的宇宙化学数据。

因此，研究小组提出，火星可能经历了早期的岩浆海洋阶段，岩浆海洋的结晶在地幔底部形成了一层稳定的岩浆层，富含铁和放射性元素。后者释放的热量产生了位于岩心上方的熔融硅酸盐基底层，上面覆盖着较薄的部分熔融层。

对火星热和磁性的影响

该研究进一步指出，地幔的这种分层使金属核心绝缘，从而防止其冷却并产生热发电机。“地幔底部的液体层对火星金属核心的热覆盖意味着，在火星地壳进化的前5 -8亿年里，外部来源是产生磁场的必要条件。这些来源可能是能量冲击，或者是由古代卫星的引力相互作用产生的核心运动，这些卫星后来消失了。”亨利·塞缪尔解释说。

有限公司对比地球和火星

火星地幔内部的分层结构与地球形成鲜明对比，表明这两颗行星的内部演化不同。ISAE-SUPAERO的研究工程师、该研究的合著者msamlanie Drilleau解释说:“火星地幔中这种分层的发现开辟了新的研究视野，因为洞察号任务的SEIS仪器记录的地震数据现在将根据这种新范式重新考虑。”

参考文献:《火星核心上方存在丰富熔融硅酸盐层的地球物理证据》，2023年10月25日，《自然》杂志。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06601 - 8

一个关于洞察号和SEIS

经过四年多的火星独特科学数据收集，美国宇航局的洞察号任务于2022年12月正式结束。

喷气推进实验室代表美国宇航局科学任务理事会管理洞察号任务。洞察号是美国宇航局发现计划的一部分，由马歇尔太空飞行中心(MSFC)管理，该中心位于美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的设施。位于丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造了洞察号探测器，包括其巡航阶段和着陆器，并为该任务的航天器运行提供支持。CNES是SEIS的主承包商，巴黎全球物理研究所(universit Paris cit /IPGP/CNRS)承担科学责任。法国国家空间研究中心为法国的捐款提供资金，协调国际财团，并负责集成、测试和向美国国家航空航天局提供完整的仪器。IPGP设计了VBB (Very Broad Band)传感器，并在其交付给CNES之前对其进行了测试，并为VBB在火星上的运行做出了贡献。

在天体生物学中心(西班牙)的支持下，CNES在FOCSE-SISMOC范围内进行了SEIS和APSS的操作。SEIS数据由巴黎IPG的火星SEIS数据服务格式化和分发，作为国家观测服务洞察的一部分，LPG也为该服务做出了贡献，对于学校的地震活动，gsamoazur。洞察号的火星地震服务每天进行地震识别，该服务由苏黎世联邦理工学院领导，由IPG巴黎、布里斯托尔大学(英国)和伦敦帝国理工学院(英国)的地震学家组成。

法国科学研究中心的其他几个实验室，包括LMD(法国科学研究中心/巴黎高等师范学院/巴黎综合理工学院/索邦大学)、LPG(法国科学研究中心/南特大学/勒芒大学/昂热大学)、IRAP(法国科学研究中心/图卢兹大学/法国科学研究中心)、lpl - tpe(法国科学研究中心/里昂高等师范学院/里昂第一大学)、IMPMC(索邦大学/国家自然历史博物馆/CNRS)和LAGRANGE (CNRS/ universit C?te d’azur / C?te d’azur天文台)与IPGP和ISAE-SUPAERO一起参与了洞察号任务数据的分析。这些分析得到了CNES和国家研究机构的支持，作为ANR火星地球物理洞察(MAGIS)项目的一部分。

(*)与SODERN合作生产VBB，喷气推进实验室，苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH，苏黎世瑞士)，马克斯普朗克太阳系研究所(MPS, G?ttingen，德国)，伦敦帝国理工学院和牛津大学提供了SEIS子系统，并参与了SEIS的科学开发。