2018年11月26日，美國國家航空航天局(NASA)的“洞察”號火星探測器攜帶一種被稱為“內部結構地震實驗”(SEIS)的六傳感器地震儀在火星上降落，任務是記錄地震波穿過陸地內部結構的過程，從而探索這顆紅色星球的地殼、地幔和地核。

自“扎根”火星以來，“洞察”號在其著陸點測量了大約733次地震。科學家基于其中35次地震的數據，揭示了火星的內部結構，估計了火星地核的大小、地幔的結構和地殼的厚度。

這讓人們第一次知道，另一個與地球相似的行星內部是什么樣：夾心蛋糕一般的地殼結構、比預期更薄的地幔、含有更多輕元素的液態核心……

這也是科學家第一次使用地震數據來探測地球以外行星的內部，這是了解火星形成和熱演化的重要一步。相關的3篇研究論文發表在23日的《科學》雜志上。

地核：比想象中的厚

“洞察號”的發現表明，火星有一個巨大的液態核心。它的最外層距離地表約1560公里。

火星半徑僅為地球半徑的1/2左右。來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院的地震學家、研究合著者阿米爾汗稱，火星地核的半徑為1830公里，“比預期的要大”。而地球核心的半徑約為3480公里，這意味著，火星的核心也約為地球核心半徑的一半。

地核尺寸越大，密度越低。火星具有較大尺寸的核心半徑說明，與以鎳和鐵為主要成分的地球核心不同，火星的核心除了鐵和鎳，還含有氫和氧等較輕的元素，這些成分起到了降低核心凝固溫度的作用。因此，盡管有大量熱量散失，火星的核心仍然完全是液態的。

關于火星地核研究論文的第一作者、瑞士蘇黎世聯邦理工學院的西蒙·斯塔勒表示，“洞察”號在任務中確認火星地核的大小是十分難得的。他說：“科學家花了數百年的時間來測量地球的核心;在阿波羅任務之后，他們花了40年的時間來測量月球的核心。而‘洞察號’只用了兩年時間就測得火星地核的大小。”

地幔：比想象中的薄

還有一個研究結果與火星地核和地殼之間的結構——地幔有關。火星的地幔比科學家之前設想的要薄，它在地表向下延伸至大約1560公里處。

火星更大尺寸的核心意味著，與地球相比，它的地幔相對更薄。

布里奇曼石是地球上最豐富的礦物，能夠穩定存在于下地幔的極端高溫高壓環境中，它覆蓋著地球的地核，能夠減緩對流和熱量損失。

而根據已知火星的大小，研究認為，火星地幔的壓強極不可能使布里奇曼石達到穩定狀態，因此，火星可能缺乏這種礦物質，這就導致火星早期熱量的散失。

地殼：跟地球一樣厚

根據“洞察”號記錄的火星內部地震波，研究團隊首次確定了火星地殼厚度。德國科隆大學博士研究員、研究地震的論文主要作者克納普邁耶—恩德倫稱，盡管火星的地殼可能有兩層或三層，但其地殼與地球的同樣厚。

數據顯示，在“洞察”號著陸點下方，地殼可能有兩個甚至三個子層。地殼的第一層約8(+/-2)公里，這是很久以前火星流體物質循環導致的高度變化形成的結構和只存在輕微變化的第二層地殼之間的邊界;第二層為地表向下延伸至約20(+/-5)公里。研究人員表示，火星上可能還有第三層地殼，厚度可達到39(+/-8)公里。

研究人員將這些數據從“洞察”號著陸點推演到整顆星球，認為整個火星地殼的平均厚度介于24—72公里之間。相比之下，地球的平均地殼厚度為15—20公里。只有在像喜馬拉雅山這樣的大陸地區，地殼厚度才能達到70公里。

克納普邁耶說，與地球相比，火星的地殼是古老而靜態的。而我們星球的地殼被分解成在地幔頂部的構造板塊。這些板塊有時會相互碰撞或下沉，這意味著不斷有新的地殼出現。而火星缺乏板塊構造，大約45億年前形成后，就沒有再產生新的地殼。

隨著火星內部結構的揭示，現在，關于這顆星球探索的新問題出現了：火星地殼頂部10公里的厚度變化是普遍的，還是僅限于“洞察號”著陸區?這一最初的火星內部結構模型將對該星球的形成和熱演化理論產生什么影響，特別是在火星表面有液態水和強烈的火山活動的最初5億年。

研究人員表示，“在接下來的時間里，隨著更多測量數據的出現，研究人員將改進這顆紅色星球的模型，進一步揭開火星的神秘面紗。”(實習記者 張佳欣)