陨石大爆炸：NASA InSight 的地震数据如何改写火星历史

InSight任务的最新发现显示，火星每年经历280至360次重大陨石撞击，远远超过了之前根据卫星图像做出的估计。这种地震方法为确定火星和其他行星表面的日期提供了一种新方法。图片来源：NASA / JPL - Caltech

这一新的认识源于 InSight 的地震仪捕捉到的地震数据，这些数据为确定整个太阳系行星表面的年代提供了一种更有效的方法。

这项新研究由伦敦帝国学院和苏黎世联邦理工学院的科学家领导，是美国国家航空航天局（NASA）"洞察"号（InSight）任务的一部分，它揭示了陨石撞击造成的"火星地震"在火星上发生的频率。

研究人员发现，火星每年要经历大约 280 到 360 次陨石撞击，产生的陨石坑直径超过 8 米，震撼着这颗红色星球的表面。

这些火星地震是由InSight的"地震仪"（一种能够测量最轻微地面运动的仪器）探测到的，其发生率超过了之前根据火星表面卫星图像做出的估计。

这些陨石坑是 2021 年 9 月 5 日流星体撞击火星形成的，是美国宇航局的 InSight 首次探测到的。这张由美国宇航局火星勘测轨道飞行器拍摄的增强彩色图像用蓝色突出显示了被撞击扰动的尘埃和土壤，以便让人眼更清楚地看到细节。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国宇航局/JPL-加州理工学院/亚利桑那大学

研究人员说，这些地震数据可能是测量陨石撞击率的更好、更直接的方法，可以帮助科学家更准确地确定太阳系行星表面的日期。

该研究的共同第一作者、伦敦帝国理工学院地球科学与工程系副研究员纳塔利娅-沃伊奇卡博士（Dr. Natalia Wojcicka）说："通过使用地震数据来更好地了解陨石撞击火星的频率以及这些撞击是如何改变火星表面的，我们可以开始拼凑出这颗红色行星的地质历史和演变时间表。

"你可以把它想象成一种'宇宙时钟'，帮助我们确定火星表面的日期，或许还能进一步确定太阳系其他行星的日期。"

这项研究发表在今天（6 月 28 日）出版的《自然-天文学》杂志上。

拼贴图显示美国宇航局"洞察"号（InSight）着陆器上的地震仪首先探测到的三颗流星体撞击，随后被该局的火星勘测轨道器使用其 HiRISE 相机捕捉到。图片来源：NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学

多年来，科学家们一直利用火星和其他行星表面的陨石坑数量作为"宇宙时钟"来估算行星的年龄--较老的行星表面比较年轻的行星表面有更多的陨石坑。

为了用这种方法计算行星年龄，科学家们传统上使用基于月球上的陨石坑的模型来预测不同大小的陨石撞击随着时间推移的速度。要将这些模型应用到火星上，需要根据大气层如何阻止最小的撞击物撞击火星表面，以及火星的大小和在太阳系中的位置的不同进行调整。

对于宽度小于 60 米的小陨石坑，火星科学家还能够利用卫星图像观察新陨石坑形成的频率，但通过这种方法发现的陨石坑数量远低于预期。

艺术家描绘的在火星表面运行的 InSight 着陆器。InSight是"利用地震勘测、大地测量学和热传输进行内部探测"的简称，它是一个着陆器，旨在对火星进行自45亿年前形成以来的首次彻底检查。图片来源：NASA/JPL-Caltech

这项新研究是了解火星地震活动和内部结构的"洞察者"（InSight）任务的一部分，研究人员发现了一种以前从未认识到的地震信号模式，这是陨石撞击产生的。与典型的地震信号相比，这些信号的高频波比例更大，而且还具有其他特征，因此被称为"极高频"火星地震。

研究人员通过观察卫星图像捕捉到的新形成的陨石坑，发现流星体撞击的速度高于之前的估计，并且与月球表面陨石坑的推断数据一致。

这凸显了以前的模型和估计的局限性，以及需要更好的模型来了解陨石坑的形成和陨石对火星的撞击。

为了解决这个问题，科学家团队利用美国宇航局的InSight着陆器及其极其灵敏的地震仪SEIS来记录可能由陨石撞击引起的地震事件。

SEIS 检测到了这些频率极高的火星地震所特有的地震特征，研究人员发现这些特征表明是流星体撞击，与其他地震活动不同。

利用这种新的撞击探测方法，研究人员发现了比卫星成像预测更多的撞击事件，特别是对于产生只有几米宽陨石坑的小型撞击。

研究报告的合著者、伦敦帝国学院地球科学与工程系的加雷思-柯林斯教授说："事实证明，SEIS仪器在探测撞击方面取得了令人难以置信的成功--如果我们想了解撞击发生的频率，聆听撞击似乎比寻找撞击更有效。"

研究人员认为，在未来的着陆器上部署更小、更经济实惠的地震仪，可以进一步加深我们对火星撞击率和内部结构的了解。这些仪器将帮助研究人员探测到更多的地震信号，为了解火星和其他行星的陨石撞击及其内部结构提供更全面的数据集。

沃伊奇卡博士说："为了了解行星的内部结构，我们使用了地震学。这是因为当地震波穿过或反射行星地壳、地幔和地核中的物质时，它们会发生变化。通过研究这些变化，地震学家可以确定这些层是由什么构成的，有多深。"

"在地球上，通过查看遍布全球的地震仪的数据，你可以更容易地了解我们星球的内部结构。然而，火星上只有一个--SEIS。为了更好地了解火星的内部结构，我们需要更多分布在火星上的地震仪。"

除了发表在《自然-天文学》上的新研究之外，该团队还参与了今天发表在《科学进展》上的另一项研究，该研究利用"洞察"号记录的图像和大气信号来估算火星上撞击发生的频率。尽管采用了不同的方法，但这两项研究都得出了类似的结论，从而加强了总体研究结果。

编译自/ScitechDaily