地壳和地幔并不特别奇怪。然而,对于这么小的行星来说,它的核心太大了,密度也不是很大。
对于一些研究人员来说,这个核心测量听起来并不正确。
“我们错过了一些东西,”研究洞察号数据的瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)地球物理学家阿米尔·汗(Amir Khan)说。“但是什么?”
汗博士和其他研究人员发现,原来火星的核心毕竟很小。
在周三发表在《自然》杂志上的两项研究中,研究人员重新评估了“洞察号”的地震记录。两个团队各自得出结论,火星的核心比之前猜测的更像我们地球的重金属心脏。最初的高尺寸估计是由于未被发现的90到125英里深的熔岩海洋,这使得底层的核心看起来比实际要大。
但隐藏在火星固体地幔之下、由放射性元素保持熔融状态的岩浆深海却很奇特。“它在地球上并不存在,”汗博士说,它的存在可能需要我们重新思考这颗红色星球混乱的演化过程。
一个多世纪以来,科学家们一直在利用地震产生的地震波的照明能力研究地球的地质层。洞察号于2018年11月登陆火星,目的是发现这个生锈世界的内脏是否相似。
但是用一个地震仪研究火星是很困难的。洞察号的仪器只探测到几次轻微的地震,这些地震大多来自航天器附近的一个动荡地区,而且只有一小部分火星蛋糕被地震成像。有一段时间,火星地震似乎也会反弹,但不会穿透地球最深处的密室,从而揭示出关于地核的宝贵信息。
研究人员计算出火星核心的半径约为1140英里,这表明它的密度不是很高。类地行星的地核应该是富含铁的,但是膨胀的火星地核——最终被证实是完全液态的——似乎比纯液态铁的地核轻27%。这意味着火星的核心奇怪地富含硫、碳、氧和氢等较轻的元素——这些星云状物质应该在火星形成之前被年轻的太阳吹走。
科学家们感到困惑,希望更强的地震噪声能让他们弄清楚。在2021年9月18日,苍穹带来了结果:一颗流星斜冲到洞察号对面的半球,发出刺耳的地震波,穿过核心,在边缘反弹。
“那是一个转折点,”巴黎城市大学的地球物理学家、其中一项新研究的作者亨利·塞缪尔(Henri Samuel)说。
根据火星的热和化学演化模型,塞缪尔博士和他的同事们在2021年提出了一个跨越核心的岩浆海洋的存在。但是“我们没有地震学上的证据,”他说。通过流星撞击,他的团队证实了这种超热放射性汤的存在。
Khan博士的团队还利用这次撞击重新检查了洞察号的地震数据,并将其与计算机模拟相结合,探索富铁合金在分子水平上的行为,并在此过程中独立发现了火星隐藏的岩浆海洋。
它的存在意味着液态地核的半径接近1000英里——一个密度更大、富含铁的球体,轻元素更少,这更容易解释。
没有参与这项研究的牛津大学地震学家Paula koeleijer说,这一发现“非常酷”,研究的共同结论也很有说服力。“但它们可能会带来新的问题。”
在38亿年前火星崩溃之前,它有一个磁场保护着它的大气层。科学家们认为磁场是由冷却而剧烈搅动的液态铁核产生的。但包裹着它的放射性岩浆毯会使地核过于温暖。
因此,我们需要一个关于火星磁泡起源的新故事。塞缪尔博士提出了一个建议:也许在很久以前,火星拥有比现在的利力浦特卫星质量更大的卫星,这种卫星的强大引力可以在核心激起产生磁性的运动。但他说,就目前而言,这只是一个假设。
四年后,洞察号于2022年去世。但岩浆海洋的发现可能不会是这次任务的最后惊喜。“这仅仅是个开始,”塞缪尔博士说。