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火星內部結構之謎終於解開

2022年12月,美國宇航局(NASA)撩開了蒙在洞察號火星探測器上的面紗。在這顆紅色星球表面駐足四年多後,登陸板上已經落滿了厚厚一層火星灰塵的探測器已經沒有有足夠的能量繼續工作了。從某種意義上說,它是窒息而亡。

然而,在太空探索領域,即使在機械人的任務結束很久之後,它記錄下的數據仍在繼續為科學研究提供養分,洞察號(InSight)也不例外,10月25日,《自然》雜誌上發表了兩項獨立研究的結果,其中一項依賴由法國國家太空研究中心生產的洞察號的固定式登陸器記錄下的數據,得出的結論解開了火星內部結構的異常現象。

回到兩年前的夏天,洞察號團隊首次描述了的火星內部結構。為了實現這一目標,研究人員破譯了因「火星震動」或隕石撞擊產生的地震波。這些震波傳遞的速度取決於它所穿過介質的特性,例如介質的密度、溫度或壓縮性。由此,可以推斷出它的化學成分,並知道它是固體的、軟體的還是液體的。2021年獲出的研究結果是火星是由簡單三層組成:薄薄的地殼蒙在岩石地幔上,均勻且沒有分層,圍繞着半徑為1830公里的、相當大的金屬和液體核心,火星半徑為3390公里。

然而,這一結果有一個說不通的地方。周三發表的兩個研究中一個的第一作者,在巴黎地球物理研究院(IPGP)工作的法國國家科學研究中心(CNRS)的研究員亨利·塞繆爾(Henri Samuel)總結說,那是一個障礙、一個異常現象——那就是「這個核心很疏鬆。為了達到這樣一個相對較低的密度,必須在鐵中添加硫、碳、氧和氫等輕元素。但問題是需要添加的量很大,甚至比核心能包容的量相比還要多很多。」

火星地幔必是異質的

那麼顯然,太陽的這顆行星的核心是不能如此擴充的,但物理和化學的定律又讓它成為可能。亨利·塞繆爾解釋說「在實驗室的高溫高壓下進行了,試圖將輕元素融入鐵合金中的實驗。這些實驗對於火星核心來說有點超出了想像。」此外,火星核心中所假設的輕元素的數量,與45億年前行星形成過程中可用的材料也不匹配。亨利·塞繆爾微笑着解釋說,由於異常現象不能自圓其說,「也就只好接受了」。

火星核心示意圖。

然而,2021年9月18日,一件意想不到的事情推倒了原來的結論。那天,一顆隕石墜入火星,墜落的地點距離洞察號相當遠。然而撞擊產生的震波與此前的截然不同,而且是能夠在液體中傳遞的、速度減半的震波。不過,亨利·塞繆爾強調,「記錄到的震波傳遞時間太慢了,根本不能用均勻且堅固的地幔來進行解釋」。因此2021年創建的火星模型不再成立:火星的地幔必然是異質的,其它的基礎層必須是個穩定的液體層,穩定那是因為它的重量是鐵質的,而此前人們將鐵質與核心的上部混淆了。

美國宇航局2022年12月19日發佈的照片,顯示着陸在火星上的洞察號探測器。

富含放射性物質

正如《自然》雜誌上發表的兩篇研究結果所解釋的那樣,火星地幔的下部增加了這層約150公里厚的岩漿,使得異常現象消失了:它還減少了火星地核的半徑,並且「由於地核較小且是相同的體量」,它的密度就更大了,因此包含的輕元素更少:問題也就自行解決了」亨利·塞繆爾總結說。不過,這位巴黎地球物理研究院(IPGP)的研究員補充說,一切還都沒有解決。富含的放射物質將這層液體加熱,對行星的金屬核來說就像一個絕緣毯。它既不能排出自身的熱量,也不會被對流攪動,對流在地球上則是會產生如發電機的效應和磁場的。然而,年輕的火星擁有5億至8億年的磁場。因此,必須想像用外部機制來解釋這一問題……就像科學中經常出現的情況一樣,回答了一個問題會產生其他的問題。

責任編輯: 李華  來源:法廣 艾娃 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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