最近，參與美國國家航空暨太空總署（NASA）InSight 任務的科學家團隊完成了對2021 年9 月發生隕石撞擊後火星上記錄的地震資料的分析。他們的發現極大地改變了我們對這顆紅色星球內部結構和演變的看法。

火星內部結構的藝術家視圖，顯示地函底部和地核上方的熔融層。紫色線條表示2021 年9 月發生的隕石撞擊產生的波在火星上沿著CMB 衍射的路徑。藍線表示地震波在熔融基底層頂部反射的路徑。圖片來源：IPGP / CNES / N. Starter

基於這些結果和先前的地球物理數據，比利時皇家天文台研究員阿蒂利奧-里沃迪尼（Attilio Rivoldini）參與了發表在《自然》（Nature）雜誌上的一項研究，提出了一個新的火星內部模型，在液態金屬內核上方有一個包含熔融矽酸鹽層的異質地函。

初步結果和假設

根據”洞察”號任務提供的數據得出的第一批結果大大提高了我們對火星內部結構的認識。假設地函成分均勻且完全固態，結果顯示液態金屬內核的半徑約為1830±40 公里，密度相對較低（6-6.2 克/立方厘米），並富含大量輕元素。金屬內核的大小是透過探測固液界面反射的地震波確定的，該界面被認為是內函邊界（CMB）。

最近撞擊後的重新評估

然而，從那時起，對2021 年9 月18 日發生的強烈隕石撞擊所產生的新數據的分析，對火星內部結構的最初估計提出了質疑。由法國國家科學研究中心（CNRS）巴黎地球物理研究所研究員亨利-塞繆爾（Henri Samuel）領導、比利時皇家天文台的阿蒂裡奧-里沃迪尼（Attilio Rivoldini）參與的國際研究小組對這些波的傳播時間進行了研究，結果表明，位於火星地函底部和金屬內核上方的熔融矽酸鹽層可以解釋這些新數據。

根據這項發現，推導出了一個新的結構模型，並於10 月26 日發表在《自然》雜誌上。這個結構模型不僅與現有的所有地球物理數據更加一致，而且更能解釋火星自形成以來的演變過程。

地震異常的解釋

地函底部的熔融層解釋了2021年9月沿著CMB衍射的地震波傳播異常緩慢的現象，而這一現象迄今尚未得到解釋。此外，對於幾個較早的地震事件，地震波的到達時間與地震剪切波在熔融層頂部（位於金屬內核上方幾十公里處）的反射相吻合，而不是像以前假設的那樣在CMB 處。

對內核大小和組成的影響

地函底部熔融層的存在意味著火星的金屬內核比先前的估計小150 到170 公里（即半徑為1650±20 公里）。

“這個較小的內核密度也要大5%到8%（即6.5 克/立方厘米）。內核中輕元素的比例比以前認為的要低，因此更符合透過分析火星隕石和高壓實驗推導出來的宇宙化學數據，”阿蒂裡奧-里沃迪尼解釋。

因此，研究報告的作者提出，火星經歷了早期的岩漿海洋階段，其結晶在地函底部形成了一個穩定層，富含鐵和放射性元素。放射性衰變釋放的熱在地核上方產生了熔融矽酸鹽的基底層。

參考文獻Henri Samuel、Mélanie Drilleau、Attilio Rivoldini、Zongbo Xu、Quancheng Huang、Raphaël F. Garcia、Vedran Lekić、Jessica CE Irving、James Badro、Philippe H. Lognonné、James AD Connolly、Taichi Kawamura、Tamara Gudkd Banerdt 的”火星內核上方富集熔融矽酸鹽層的地球物理證據”，2023 年10 月25 日，《自然》。

DOI: 10.1038/s41586-023-06601-8

編譯來源：ScitechDaily