探测火星地震是发现火星地下深处隐藏水的新方法

研究人员正在探索利用来自火星地震的地震电波信号探测火星地下水的可能性，这种方法受到地球上类似技术的启发，但针对火星的独特条件进行了调整。这种捕捉地震波穿过含水层时产生的电磁信号的方法可以揭示火星地表深处隐藏的水源，有可能彻底改变我们对火星上的水及其分布的认识。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局/JPL-加州理工学院

如果火星上现在有液态水的话，可能会因为埋藏太深而无法用地球上的传统方法探测到。不过，宾夕法尼亚州立大学的科学家们认为，一种涉及分析火星地震（火星上的地震）的新技术可能会带来突破。

地震穿过地下蓄水层时，会产生电磁信号。在发表于《行星研究》（JGR Planets）的一项研究中，研究人员展示了这些信号如何可能揭示火星地表下几英里处是否有水。主要作者诺兰-罗斯（Nolan Roth）是宾夕法尼亚州立大学地球科学系的一名博士候选人，他认为这种方法可以为分析未来的火星任务数据铺平道路。

美国国家航空航天局（NASA）的"洞察"（InSight）火星着陆器拍摄的最后一张照片显示，2022 年，着陆器上的地震仪在这颗红色星球的表面工作。一个科学家小组建议，利用着陆器上的地震仪和磁力仪的数据，可以帮助揭示火星地表深处是否存在液态水。图片来源：NASA/JPL-Caltech

火星地震探测地下水的潜力

罗思说："科学界有一种理论，认为火星曾经有海洋，在其历史进程中，所有的水都消失了。但有证据表明，一些水被困在地表下的某个地方。只是我们还没有找到。我们的想法是，如果我们能找到这些电磁信号，那么我们就能找到火星上的水。"

如果科学家想在地球上找到水，他们可以使用地面穿透雷达等工具来绘制地下地图。但科学家们说，这种技术在地表下数英里处无效，而火星上的水可能就在这个深度。

相反，研究人员建议采用一种新颖的地震电法，这是一种较新的技术，用于非侵入性地描述地球地下的特征。当地震波穿过地下含水层时，岩石和水运动方式的差异会产生电磁场。研究人员表示，地表的传感器可以听到这些信号，从而揭示含水层的深度、体积、位置和化学成分等信息。

火星地震信号的优势

罗思说："如果我们聆听在地表下移动的火星地震，如果它们穿过水，就会产生这些奇妙、独特的电磁场信号。这些信号可以诊断出火星上目前的、现代的水"。

在水资源丰富的地球上，使用这种方法识别活跃的含水层具有挑战性，因为即使在含水层之外的地下也有水存在，当地震波穿过地层时会产生其他电信号。科学家们说，必须将这种背景噪声与含水层信号分离，才能准确识别和描述含水层。

宾夕法尼亚州立大学地球科学副教授、罗斯的顾问和合著者朱铁元说："在火星上，近地表肯定是干燥的，不需要这样的分离。与地球上经常出现的地震电波信号不同，火星表面自然地消除了噪音，暴露出有用的数据，使我们能够确定几个含水层的特性"。

在研究中模拟火星地下

研究人员创建了一个火星地下模型，并添加了含水层，以模拟地震电法的性能。他们发现，他们可以成功地利用这项技术分析含水层的细节，包括含水层的厚度或厚度，以及含盐量等物理和化学特性。

罗斯说："如果我们能够理解这些信号，我们就能回过头来描述含水层本身的特征。这将为我们提供比以往任何时候都更多的制约因素，帮助我们了解今天火星上的水以及它在过去 40 亿年中的变化情况。这将是向前迈出的一大步。"

利用火星上的现有数据和工具

罗斯说，未来的工作将--令人惊讶地--涉及分析已经在火星上收集到的数据。

美国国家航空航天局于2018年发射的"洞察"号着陆器向火星运送了一个地震仪，该地震仪一直在监听火星地震并绘制地下地图。然而，地震仪很难将水与气体或密度较低的岩石区分开来。

不过，这次任务还包括一个磁力计，作为帮助地震仪的诊断工具。科学家们说，将磁力计和地震仪的数据结合起来，可以发现地震电波信号。

研究人员说，在未来的美国国家航空航天局任务中派出专门的磁强计进行科学实验，可能会取得更好的结果。

"这不应该仅限于火星--例如，这项技术有潜力测量木星卫星上冰海洋的厚度。"我们想向社会传递的信息是，有这样一种前景广阔的物理现象--过去较少受到关注--可能在行星地球物理学方面具有巨大的潜力"。

编译自/scitechdaily