最近，参与美国国家航空航天局（NASA）InSight 任务的科学家团队完成了对 2021 年 9 月发生陨石撞击后火星上记录的地震数据的分析。他们的发现极大地改变了我们对这颗红色星球内部结构和演变的看法。

火星内部结构的艺术家视图，显示地幔底部和地核上方的熔融层。紫色线条表示 2021 年 9 月发生的陨石撞击产生的波在火星上沿 CMB 衍射的路径。蓝线表示地震波在熔融基底层顶部反射的路径。图片来源：IPGP / CNES / N. Starter

基于这些结果和之前的地球物理数据，比利时皇家天文台研究员阿蒂利奥-里沃迪尼（Attilio Rivoldini）参与了发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究，提出了一个新的火星内部模型，在液态金属内核上方有一个包含熔融硅酸盐层的异质地幔。

初步结果和假设

根据"洞察"号任务提供的数据得出的第一批结果大大提高了我们对火星内部结构的认识。假设地幔成分均匀且完全固态，结果显示液态金属内核的半径约为 1830±40 千米，密度相对较低（6-6.2 克/立方厘米），并富含大量轻元素。金属内核的大小是通过探测固液界面反射的地震波确定的，该界面被认为是内核-幔边界（CMB）。

最近撞击后的重新评估

然而，从那时起，对 2021 年 9 月 18 日发生的强烈陨石撞击所产生的新数据的分析，对火星内部结构的最初估计提出了质疑。由法国国家科学研究中心（CNRS）巴黎地球物理研究所研究员亨利-塞缪尔（Henri Samuel）领导、比利时皇家天文台的阿蒂里奥-里沃迪尼（Attilio Rivoldini）参与的一个国际研究小组对这些波的传播时间进行了研究，结果表明，位于火星地幔底部和金属内核上方的熔融硅酸盐层可以解释这些新数据。

根据这一发现，推导出了一个新的结构模型，并于 10 月 26 日发表在《自然》杂志上。该结构模型不仅与现有的所有地球物理数据更加一致，而且能更好地解释火星自形成以来的演变过程。

地震异常的解释

地幔底部的熔融层解释了2021年9月沿CMB衍射的地震波传播异常缓慢的现象，而这一现象迄今尚未得到解释。此外，对于几个较早的地震事件，地震波的到达时间与地震剪切波在熔融层顶部（位于金属内核上方几十公里处）的反射相吻合，而不是像以前假设的那样在 CMB 处。

对内核大小和组成的影响

地幔底部熔融层的存在意味着火星的金属内核比之前的估计小 150 到 170 千米（即半径为 1650±20 千米）。

"这个较小的内核密度也要大 5%到 8%（即 6.5 克/立方厘米）。内核中轻元素的比例比以前认为的要低，因此更符合通过分析火星陨石和高压实验推导出的宇宙化学数据，"阿蒂里奥-里沃迪尼解释说。

因此，研究报告的作者提出，火星经历了早期的岩浆海洋阶段，其结晶在地幔底部形成了一个稳定层，富含铁和放射性元素。放射性衰变释放的热量在地核上方产生了熔融硅酸盐的基底层。

参考文献 Henri Samuel、Mélanie Drilleau、Attilio Rivoldini、Zongbo Xu、Quancheng Huang、Raphaël F. Garcia、Vedran Lekić、Jessica C. E. Irving、James Badro、Philippe H. Lognonné、James A. D. Connolly、Taichi Kawamura、Tamara Gudkova 和 William B. Banerdt 的 "火星内核上方富集熔融硅酸盐层的地球物理证据"，2023 年 10 月 25 日，《自然》。

DOI: 10.1038/s41586-023-06601-8

编译来源：ScitechDaily