洞察号任务记录的火星地震数据分析，结合液态金属合金地震特性的第一性原理模拟，揭示了火星的液态铁核心被150公里厚的熔融硅酸盐层包围着，因此它的核心比之前提出的要小。核心半径的减小意味着比先前估计的密度更高，并且与由9 - 15wt %的轻元素(主要是S, C, O和h)组成的金属核心相一致
火星的液态铁核比之前认为的更小、密度更大。它不仅更小，而且被一层熔融岩石包围着。这是苏黎世联邦理工学院的研究人员根据洞察号着陆器的地震数据得出的结论。在美国宇航局洞察号任务结束一年后，对记录的地震的分析，结合计算机模拟，仍在产生新的发现。对最初观测到的火星地震的分析表明，火星核心的平均密度必须明显低于纯液态铁的密度。新的观测表明，火星内核的半径已经从最初确定的1800 - 1850公里的范围下降到1650 - 1700公里的范围。
探索火星内部:来自美国宇航局洞察号着陆器的见解
四年来，美国宇航局的洞察号着陆器用地震仪记录了火星上的震动。苏黎世联邦理工学院的研究人员收集并分析了传输到地球的数据，以确定火星的内部结构。苏黎世联邦理工学院地球科学系的高级科学家Amir Khan说:“尽管任务于2022年12月结束，但我们现在发现了一些非常有趣的东西。”
火星独特的硅酸盐层
对地震记录的分析，结合计算机模拟，描绘了地球内部的新图景。在火星的液态铁合金地核和固体硅酸盐地幔之间，夹着一层大约150公里厚的液态硅酸盐(岩浆)。“地球上没有像那样完全熔融的硅酸盐层，”可汗说。
这一发现现已发表在科学杂志《自然》上，与巴黎环球体质研究所的亨利·塞缪尔(Henri Samuel)领导的一项研究一起，该研究使用互补的方法得出了类似的结论，也提供了关于火星核心大小和组成的新信息，解决了研究人员迄今为止无法解释的一个谜团。
火星核心组成
对最初观测到的火星地震的分析表明，火星核心的平均密度必须大大低于纯液态铁的密度。例如，地核的铁含量约占重量的90%。硫、碳、氧和氢等轻元素加起来约占总重量的10%。
对火星核心密度的初步估计表明，它由更大比例的轻元素组成——按重量计算约为20%。“这代表了一个非常大的光元素的补充，与不可能接壤。苏黎世联邦理工学院地球科学系博士后研究员黄东阳说:“从那以后，我们一直对这一结果感到好奇。”
Henri Samuel, CNRS研究员和IPGP的地球动力学家，在《自然》杂志上发表的一篇文章中解释了火星内部结构的新模型。这项由美国宇航局“洞察号”任务的科学家进行的研究提出，火星地幔是不均匀的，由覆盖在火星核心上的一层熔融硅酸盐组成。这个模型是利用陨石撞击后火星上记录的地震数据建立起来的，它解释了所有的地球物理观测结果，彻底改变了我们对这颗红色星球内部结构及其演变的看法。来源:?IPGP
重新定义火星内核
新的观测表明，火星核心的半径已经从最初确定的1800 - 1850公里范围缩小到1650 - 1700公里范围内的某个地方，这大约是火星半径的50%。如果火星的核心比之前认为的要小，但质量相同，那么它的密度就会更大，因此它包含的轻元素也会更少。根据新的计算，轻元素的重量比例下降到9%到14%之间。
苏黎世联邦理工学院地球科学系助理教授、国家行星研究能力中心(ncrs)成员保罗·索西(Paolo Sossi)说:“这意味着火星核心的平均密度仍然有些低，但在典型的行星形成情景中不再令人费解。”
火星核心含有大量轻元素的事实表明，它一定形成得很早，可能在太阳还被星云气体包围的时候，火星核心中可能积累了大量的轻元素。
利用遥远的地震
最初的计算是基于发生在洞察号着陆器附近的震动。然而，在2021年8月和9月，地震仪在火星的另一侧记录了两次地震。其中一个是由陨石撞击造成的。
“这些地震产生的地震波穿过地核，”苏黎世联邦理工学院地球科学系的博士生塞西莉亚·杜兰解释说。“这使我们能够照亮核心。”
相比之下，在早期的火星地震中，地震波在地核-地幔边界被反射，没有提供关于这颗红色星球最深处的信息。由于这些新的观察结果，研究人员现在已经能够确定深度约1000公里的流体核心的密度和地震波速度。
量子力学超级计算机模拟
为了从这些剖面中推断材料的组成，研究人员通常将这些数据与含有不同比例轻元素(S, C, O和H)的合成铁合金的数据进行比较。在实验室中，这些合金暴露在相当于火星内部发现的高温和高压下，使研究人员能够直接测量密度和地震波速度。
然而，目前大多数实验都是在地球内部普遍存在的条件下进行的，因此不能立即适用于火星。因此，苏黎世联邦理工学院的研究人员采用了一种不同的方法。他们在瑞士卢加诺的瑞士国家超级计算中心(CSCS)使用量子力学计算计算了各种合金的性质。
当研究人员将计算出的剖面与基于InSight地震数据的测量结果进行比较时，他们遇到了一个问题。结果表明，没有铁轻元素合金同时与火星核心的顶部和中心的数据相匹配。例如，在地核-地幔边界，铁合金必须比地核内部含有更多的碳。
“我们花了一段时间才意识到，我们之前认为是外液态铁核的区域根本不是地核，而是地幔的最深处，”黄解释说。为了支持这一观点，研究人员还发现，在地核最外层150公里处测量和计算的密度和地震波速度与液态硅酸盐的密度和地震波速度一致。液态硅酸盐是构成火星地幔的固体物质。
对早期地震的进一步分析和额外的计算机模拟证实了这一结果。唯一令人遗憾的是，尘土飞扬的太阳能电池板和由此导致的电力不足，使“洞察号”着陆器无法提供更多的数据，这些数据本可以更多地揭示火星内部的组成和结构。“然而，洞察号是一次非常成功的任务，它为我们提供了许多新的数据和见解，这些数据和见解将在未来几年进行分析，”汗说。
有关这项研究的更多信息，请参阅NASA的洞察号着陆器揭开火星熔融之谜。
引用:
“火星内核上存在液态硅酸盐层的证据”，作者:a . Khan, D. Huang, C. Durán, P. a . Sossi, D. Giardini和M. Murakami, 2023年10月25日，《自然》。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06586 - 4
“火星核心上存在丰富熔融硅酸盐层的地球物理证据”，作者:Henri Samuel、m
美国宇航局火星洞察号任务
喷气推进实验室(JPL)为美国宇航局科学任务理事会管理洞察号。洞察号是美国宇航局发现计划的一部分，由该机构的马歇尔太空飞行中心管理。洛克希德·马丁航天公司建造了洞察号航天器，包括其巡航阶段和着陆器，并为该任务提供航天器操作支持。
包括法国国家空间中心(CNES)和德国航空航天中心(DLR)在内的一些欧洲合作伙伴正在支持洞察号任务。CNES与IPGP (Institut de体质du de Globe de Paris)的首席研究员一起向NASA提供了内部结构地震实验(SEIS)仪器。对SEIS的重大贡献来自IPGP;德国马克斯·普朗克太阳系研究所(MPS);瑞士联邦理工学院(ETH Zurich);英国帝国理工学院和牛津大学;和喷气推进实验室。地震服务由苏黎世联邦理工学院领导，IPGP提供了大量捐款;布里斯托大学;帝国理工学院;宇航系统和宇航系统的超级宇航系统研究所;国会议员;和喷气推进实验室。DLR提供了热流和物理性质包(HP3)仪器，波兰科学院空间研究中心(CBK)和波兰宇航公司做出了重大贡献。西班牙Centro de Astrobiología (CAB)提供了温度和风传感器。
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我是文学号的签约作者“杭圣”！
希望本篇文章《火星的地震秘密：破解红色星球的核心之谜》能对你有所帮助！
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