火星上的強震與隕石坑

鞠強

“洞察號”上的火震儀記錄到了一次4 級火星震。科學(xué)家認(rèn)為，這次罕見的強震是由一顆隕石撞擊火星表面引起的。

火星一直都是人類太空探索的熱點，美國航空航天局（NASA）正在火星執(zhí)行的任務(wù)就包括火星勘測軌道飛行器、“好奇號”火星車以及“洞察號”火星探測器等，它們在火星軌道和火星表面對這顆紅色星球進行多種形式的探索。

2022年10月27日，一個研究團隊根據(jù)從火星勘測軌道飛行器和“洞察號”獲得的數(shù)據(jù)，在《科學(xué)》上發(fā)表文章闡述了他們對火星的最新研究進展，展示了一個人類有史以來“見證”形成過程的最大隕石坑。

探索火震

“洞察號”于2018年5月5日發(fā)射升空，2018年11月26日成功在火星的埃律西昂平原著陸。 這臺探測器的英文名稱是“Mars InSight”，意思是“基于地震調(diào)查、大地測量與熱傳導(dǎo)的內(nèi)部探索”，其主要科學(xué)目標(biāo)是通過探測火星的地震波和測量火星內(nèi)部的溫度來了解火星的演化歷史，研究火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和活動。

當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ谝活w行星內(nèi)部的不同物質(zhì)之間穿行時，地震波的速度和波形不同，這些變化可幫助地震學(xué)家了解行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大小、厚度和組成等關(guān)鍵信息。在地球和月球上進行的地震學(xué)研究表明，基于震波的地震學(xué)觀測是探測星體內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常有效的方式。地核、月核等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)都依賴于地震波探測。

“洞察號”攜帶了三件主要科學(xué)載荷，其中包括一臺叫作“探測內(nèi)部結(jié)構(gòu)的地震學(xué)實驗”的研究火星地震的火震儀。“洞察號”正在利用這臺儀器記錄火星上發(fā)生的地震，探測火星的火核、火幔和火殼。自從在火星著陸以來，截至2022年10月27日，“洞察號”已經(jīng)記錄了1318次火星震。

天地協(xié)作

2021年12月24日，“洞察號”記錄到一次震級為4級的火星震，這在火星上是一次罕見的強震。此后，結(jié)合火星勘測軌道飛行器獲得的數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)這次火星震有著更為重要的意義。

火星勘測軌道飛行器于2005年8月12日發(fā)射升空，2006年3月10日順利進入火星軌道，主要科學(xué)目標(biāo)是尋找火星上是否存在水的證據(jù)，同時收集火星的大氣與地理信息。

2022年2月11日，馬林太空科學(xué)系統(tǒng)的研究人員利用火星勘測軌道飛行器獲得的數(shù)據(jù)在火星北半球的亞馬孫平原上發(fā)現(xiàn)了一個新形成的隕石坑。這個團隊建造并且管理著兩臺搭載在火星勘測軌道飛行器上的相機，其中的環(huán)境相機提供了黑白的中分辨率圖像，火星彩色成像儀則能夠提供火星的每日地圖。

研究人員通過對前后拍攝的圖像進行比對，確認(rèn)了這個隕石坑的形成時間為2021年12月24日，而隕石坑的位置與“洞察號”上的火震儀記錄到的當(dāng)天發(fā)生的4級火星震的震中吻合。他們在文章中指出，這一天發(fā)生的這次火星震正是由一顆隕石撞擊火星表面引起的。

最大的坑

根據(jù)火星勘測軌道飛行器和“洞察號”的數(shù)據(jù)，研究人員還原了這次撞擊的過程：2021年12月24日，一顆直徑在5～12米的隕石撞向火星表面。這個大小的隕石會在地球的大氣層中被燒毀，不會威脅人類的安全，但是因為火星的大氣密度只有地球大氣密度的1%，因此這顆隕石幾乎是毫無阻礙地撞擊了火星。這次撞擊在火星表面形成了一個直徑約150米、深度為21米的隕石坑，撞擊中被噴射出的物質(zhì)最遠濺落到37千米之外的地方。

火星除了大氣層稀薄無法提供保護外，還緊鄰太陽系的主小行星帶，因此更易受到隕石撞擊的影響。不過，由于火星表面的風(fēng)等因素的干擾，“洞察號”記錄到的火星震絕大多數(shù)來自火星內(nèi)部的地質(zhì)活動，目前只有極少數(shù)經(jīng)確認(rèn)來自隕石撞擊。

在這篇文章中，研究人員還介紹了發(fā)生于2021年9月18日的另一次類似事件，那一次撞擊形成了多個隕石坑，其中最大的一個隕石坑直徑約為130米，撞擊引發(fā)的火星震震級也達到了4級。2022年9月19日，研究人員在《自然地質(zhì)科學(xué)》上發(fā)表文章公布了首批發(fā)現(xiàn)的4次隕石撞擊火星所引發(fā)的火星震。不過，這幾次火星震的震級較小，都不超過2級。

根據(jù)目前掌握的數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為，2021年12月24日隕石撞擊火星形成的這個直徑約150米的隕石坑是人類有史以來“見證”形成過程的最大隕石坑。火星和月球上還有更多更大的隕石坑，但人類并沒有記錄到它們的形成過程。“洞察號”撞擊科學(xué)工作組負(fù)責(zé)人、美國布朗大學(xué)的英格麗德·道巴在NASA 官網(wǎng)上表示：“發(fā)現(xiàn)這樣尺寸的新的撞擊坑是史無前例的。”

發(fā)現(xiàn)水冰

這次隕石撞擊將撞擊點附近的地下物質(zhì)暴露出來，火星勘測軌道飛行器搭載的高分辨率成像科學(xué)實驗彩色相機拍攝到因撞擊而濺出的巨大冰塊。地下冰對于到達火星的航天員是一種至關(guān)重要的資源，可以用來滿足多種生活和科研需要，包括飲用、進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及電解后作為火箭的推進劑等。這次撞擊的位置為火星北緯34.8°，研究人員此前從未在比這里更靠近赤道的區(qū)域發(fā)現(xiàn)埋藏于地下的水冰。因此，撞擊點所在的這個靠近赤道又有地下水冰的平原地區(qū)，對未來載人登陸火星計劃是一個很具吸引力的著陸地點。

在到達火星后的近4年時間里，“洞察號”已經(jīng)取得了豐碩的成果。2021年7月23日，《科學(xué)》同時發(fā)表了3篇文章，公布了研究人員基于“洞察號”獲取的數(shù)據(jù)所完成的最新研究成果。這些研究首次直接探測到了地球以外另一顆巖質(zhì)行星的殼層、幔層和內(nèi)核結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)了關(guān)于火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化歷史的豐富信息。

不過，由于太陽能電池板上覆蓋的火星塵埃越來越多，“洞察號”出現(xiàn)了嚴(yán)重的供能問題，目前已停止了對火星的探索任務(wù)。

本文轉(zhuǎn)自《南方周末》