洞察號的設計目的是探察火星的內部結構。在該探測器的諸多儀器里，有一臺極為敏感的地震儀（圖片中心），一直在監(jiān)測火星的每次顫動。
圖源：NASA/JPL-CALTECH
撰文：MAYA WEI-HAAS
在那荒涼的塵封表面下，火星正在嗡嗡作響。這種平靜而又持續(xù)的聲響，周期性地與火星上震動的節(jié)奏一同律動，但這種奇異聲響的來源卻無人知曉。
這種嗡響只是美國宇航局“洞察號”著陸器檢測到的眾多奧秘和發(fā)現(xiàn)之一。該研究近日發(fā)表在《自然·地球科學》和《自然·通訊》上，讓我們得以管窺火星地表上下的驚人活動。
2018年11月，洞察號著陸在了火星赤道附近一片平坦且平凡的廣闊地域。此后，它一直在利用一臺敏感度極高的地震儀和諸多設備來監(jiān)測火星的地質活動，探索其內部結構。
這張插圖描繪的是洞察號探測器在火星表面上工作的情形。從中可以看到地震儀和深入到地下的溫度感應探針。
插圖：NASA/JPL-CALTECH
洞察號任務的首席研究員Bruce Banerdt說：“看到這些好東西，終于能振臂高呼，讓人松一口氣了。”
除了奇怪的嗡響之外，洞察號發(fā)回的最新數(shù)據(jù)還描述了在火星上首次發(fā)現(xiàn)的斷裂帶、火星現(xiàn)代磁場的模式與脈沖，以及火星過去磁場的痕跡?？傮w來看，這些在火星上搜集到的信息，十分有利于我們理清所有巖質行星形成與演化的過程。
“你不能只用地球就建立一個模型，而是需要更多數(shù)據(jù)點?！倍床焯柸蝿盏母笔紫芯繂TSuzanne Smrekar說，“看到這些東西真是讓人超級激動，我們也在盡力去理解火星?！?/p>
奇異的震源
洞察號的一個主要目標就是測量火星上的地震活動。它最初幾個月的監(jiān)測安靜得讓人憂心。不過，最終，2019年4月6日，洞察號探測到了使整個火星都隆隆作響的“火星震”，讓地球上的地震學家激動不已。
Banerdt介紹，自從那次探測以后，越來越多的火星震數(shù)據(jù)傳回地球，洞察號至今已監(jiān)測到450多次火星震?；鹦堑幕钴S度并不令人驚訝，不過小震動似乎發(fā)生得越來越頻繁。小震動次數(shù)的增加，可能是季節(jié)效應，不過，由于我們剛剛開始整理火震數(shù)據(jù)，這一現(xiàn)象仍然是研究團隊致力于解開的謎團之一。
科學家還不十分確定這些火星震都是從何而來。在地球上，地表的頻繁抖動是地質板塊緩慢移動造成的。當?shù)貧ぶ械膲毫奂揭欢ǔ潭龋瑒t會爆發(fā)地震。但火星上并沒有全球性板塊，因此，地質學家們正在探尋其他可能的誘因。
洞察號發(fā)現(xiàn)的2次特別的震動，讓科學家們距離答案更近了一步。這兩次震動響亮而清晰，震級在3到4級之間，研究人員因此追蹤到了其震源：由許多深溝組成的科柏洛斯槽溝（Cerberus Fossae）。該地貌形成于1000萬年前或更晚時候。
大量巖漿和洪水曾經從這些裂縫涌出地面，而且地下深處可能至今仍然涌動著一些流體。Smrekar說，如此一來，一汪汪巖漿冷卻收縮，或者熔巖或水在地表下運動，可能產生了這兩次火星震。
為確定火星震的成因，為更好地理解火星地表下的情形，科學家必須探測更多次震動，甚至是若干次大地震。
Smrekar說：“我們希望能看到一場5級地震。誰知道呢？我們只能等著?！?/p>
永不休止的火星之歌
除了偶發(fā)的震動，洞察號還監(jiān)測到背景中一直有個持續(xù)嗡響的地震信號。
地球上有許多穩(wěn)定的背景嗡響，最常見的來自于海洋的翻騰及海浪對海岸的沖擊。但是，倫敦帝國理工學院的地震學家Stephen Hicks（未參與本研究）稱，火星上的嗡響頻率高達2.4赫茲，比地球上最常見的1赫茲以下的天然聲音高很多。
分析表明，火星上的嗡響與呼嘯的風并無關聯(lián)，并且似乎會隨著遙遠火震的發(fā)生而加強。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的地球物理學家Joshua Carmichael（未參與本研究）說，這就好像在人在鐘旁邊大喊而使鐘鳴響一樣；人的嗓音混合了多個頻率，如果某個頻率與鐘共振，喊聲就會使鐘鳴響。
Banerdt說，火星的嗡響可能與洞察號下方的地質情況有關，它可能會放大特定的音調。洞察號位于一個古老的撞擊坑，里面布滿了灰塵和砂子。這些灰塵和砂子可能會因震動而產生環(huán)形。然而，Banerdt稱，洞察號周圍不存在這種結構，一方面是因為風太大，另一方面是因為這個撞擊坑盆地似乎太小，不足以產生那種圓環(huán)。
Hicks認為，嗡響和震動可能來自于兩個單獨的來源。Banerdt補充說，洞察號著陸器本身甚至也有可能產生神秘的共振。
Banerdt說：“真是困惑極了。這究竟是什么，我們還沒有達成一致意見。”
愈加清晰的磁場圖景
除了揭示火星目前怪異的地震活動，洞察號發(fā)回的最新數(shù)據(jù)還揭示了火星磁場有些意外之處：著陸器周圍的磁場，比之前衛(wèi)星預測的要強10倍。
驅動我們地球磁場的是“地質發(fā)電機（geodynamo）”：我們腳下約2900千米，地球融化的鐵核心穩(wěn)定地攪動著。這種攪動產生了一個全球性的磁場，包圍著我們的地球，保護它免受太陽的輻射。
火星曾經也有一個類似的“發(fā)動機”，但幾十億年前就已停機，從而使太陽風剝去了火星曾經厚厚的大氣層。如今，火星僅剩下微弱的磁場，以磁性礦物的形式存在于星球的巖石中。如此一來，一塊塊強度不同的磁場拼接成了火星磁場。
軌道探測器在火星高空中飛過時，只能觀測到一幅模糊的磁場圖景。但現(xiàn)在，洞察號相當于拍攝到了一幅高清圖像，而磁場也比之前預想的更強。盡管洞察號著陸器的測量只是一個單點數(shù)據(jù)，但這一信息或將幫助我們最終解開火星以前“地質發(fā)動機”的強度，反過來又能解答火星是何時、為何從一個溫暖濕潤的星球變成了一個又干又冷的天體。
加州大學伯克利分校的行星空間物理學家Robert Lillis（未參與本研究）說：“這次測量只用一個數(shù)據(jù)點，讓我們第一次稍稍了解了磁性可能會強多少?！?/p>
這些新研究還提供了一條關于火星地質發(fā)動機年齡的線索。研究人員追蹤到地下幾千米處的一個巖層，據(jù)估測，該巖層已有39億年歷史，比科學家推測火星地質發(fā)動機“熄火”時間晚2億年。
難道火星的地質發(fā)動機在火星內核里涌動的時間比以前推測的更長嗎？不列顛哥倫比亞大學及行星科學研究所的地球物理學家Catherine Johnson提醒說，由于該巖層的年代尚有很大不確定性，因此難以回答這個問題?；蛟S，洞察號未來的更多發(fā)現(xiàn)將提供更多線索。
神秘的脈沖
洞察號還探測到在火星穩(wěn)定的磁場頂部有一些擺動的磁力。這部分磁場會隨晝夜變化，磁力信號偶爾還會微弱地脈動。
白晝的磁場變化在地球上很普遍。在我們地球的向日面，太陽輻射會擊打大氣層上層，產生的帶電粒子會與風和地球的磁場線交互作用，產生電流。因此，向日面的磁場就會稍稍變強，而背日面一側就會稍弱。這種現(xiàn)象在火星上也存在，而科學家們之前并未想到能從火星地表探測到這一現(xiàn)象。
火星磁場變強的時段似乎較短，且發(fā)生在午夜前后，有時在黎明或黃昏時分。Johnson指出，這些變化并非每日都出現(xiàn)，沒有明顯的節(jié)奏或原因。這場“磁場變奏曲”的隱形導體很可能位于火星表面上方很高的地方。在那里，來自太陽的帶電粒子繞著火星流轉，受火星稀薄的大氣層、不均勻的磁場等影響而偏轉。
這些太陽風產生的渦流，可能會使火星磁場產生波動。這一過程或類似的效應，可能就是洞察號發(fā)現(xiàn)的地表磁場脈搏的來源。
“我們真的不知道這些是從哪來的?！盝ohnson說道。地表上洞察號的分析，與軌道上“火星大氣與揮發(fā)物演化任務探測器（MAVEN）”的分析結果交叉對比，可能會有所突破。
與此同時，這一批新論文所用的洞察號的所有數(shù)據(jù)都已對公眾開放，而且每三個月還會發(fā)布一批新數(shù)據(jù)。Banerdt希望其他科學家能加入他的團隊，繼續(xù)研究這些數(shù)據(jù)。
他說：“思考這些東西的人越多，得到好答案的可能性就更高。”
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