借助火星地震破解火星核之謎

鐵是地核中的主要元素，那么火星核的情況怎樣？

初始估計值不準確

以往的探測發現，火星核基本上也由液態鐵合金構成?？茖W家對火星核密度的初始估計值表明，火星核中的輕元素比例大約為20%。但這個比例高得實在太離譜，因為真有這么高的話，火星核的密度就太低了。科學家對此很疑惑。

這些初始估計值是基于在洞察號火星車（以下簡稱洞察號）附近發生的地震。這些地震的地震波反射自火星核一火星地幔的交界處，因此無法反映火星最深處——火星核的情況，所以初始估計值并不準確。

超級計算機模擬

為了推測如此深度的地質情況，科學家通常需要比較對包含不同比例輕元素的合成鐵合金的實驗數據。在實驗室里，這些合金被施加與火星內部相仿的高溫和高壓，這讓科學家能直接測量合金密度和地震波速度。然而，目前這方面的大部分研究針對的都是地球內部的情況，對研究火星并不太適用。因此，在最近的新研究中，科學家還采用了一種新方法——運用特殊算法進行超級計算機模擬，算出了一系列合金的相關數據。

2021年8月和9月，洞察號的地震儀記錄到了發生在火星另一側的兩次地震，其中有一次由流星撞擊火星造成。這兩次地震所產生的地震波一直到達了火星核。根據洞察號的這些新觀測結果，科學家現在得以確定火星地面下深達1000千米處的密度和地震波速度。

當科學家把算出的數據與洞察號測得的地震波數據進行比較時，卻遇到了一個問題：實驗用的所有合金的組成，與采用洞察號探測數據算出的火星核頂層及火星核中心的合金的組成都不能完全匹配。這是怎么回事？

竟然是一個夾層在作怪

經過檢查科學家才意識到，他們之前認為是液態火星核最外層的部分其實根本就不屬于火星核，而是屬于火星地幔的最底層。科學家還發現，如果火星核由液態硅酸鹽組成，那么他們對火星核最外層150千米的密度和地震波的計算值就與洞察號的測量值吻合。問題是，雖然火星地幔是由固體硅酸鹽構成的，但火星核絕不是由液態硅酸鹽構成的。這就意味著，在火星的液態鐵合金核與固態的硅酸鹽地幔之間，還夾著一個厚度為150千米的液態硅酸鹽層。對早期探測到的火星地震情況的進一步分析，再加上更進一步的超級電腦模擬，證實了火星的這個巖漿層。

火星核平均密度為何偏低

新研究表明，雖然之前估計的火星核半徑為1800～1850千米，但其實應減掉在之前估計中包含進去的150千米厚的巖漿層，即火星核半徑實際為1650～1700千米，約為火星半徑的一半。雖然這個值小于之前的估計值，但因為質量不變，所以可判定火星核密度比之前的估計值大，也就是火星核包含的輕元素沒有那么多。根據新的計算，火星核中的輕元素比例在9% -14%之間。

這個新結果意味著，火星核的平均密度仍然偏低，但并未偏離典型的恒星形成理論。雖然火星核中輕元素比例的上限從20%降到了14%，但仍比地球核的高?？茖W家說，這可能是因為火星是在很早期就形成的，當時太陽仍被由輕元素構成的星云氣體環繞，這些輕元素很可能聚集到了火星核中。

被迫停工的洞察號

洞察號火星車于2018年5月5日發射，同年11月2 6日抵達火星。洞察號在火星表面運作了4年，于2022年12月終止任務，原因是火星沙塵遮住了洞察號的太陽能電池板，洞察號因為缺電而無法再運作。不過，洞察號傳回地球的大量探測數據，依然可供科學家再分析多年。