“洞察号” 235 天数据:火星地震活动处于中等水平,介于地球和月球之间

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日前,有关火星地震活动和地面振动的首批报告已经发布。这颗红色星球的地震活动处于中等水平,介于地球和月球之间。

包括马里兰大学地质学家在内的一个国际团队公布了"洞察号"任务的初步结果。2018年11月26日,"洞察号"探测器在火星着陆。来自该任务的内部结构地震实验(SEIS)的数据提供了火星地下和上层地壳——火星的岩石最外层——首次直接地震测量数据。研究结果发表在2020年2月24日的《自然地球科学》杂志特刊上。

"这是第一次对地球以外的任何行星进行直接地球物理测量,这让我们首次真正了解了火星的内部结构和地质过程。"该研究的合著者、UMD的地质学助理教授尼古拉斯·施梅尔(NicholasSchmerr)说。"这些数据帮助我们了解地球是如何运转的,它的地震活动性有多大,它在哪里活动。"

在收集了235天的火星地震数据中,有174个地震事件。其中,150个是高频事件,产生地面震动,类似于阿波罗计划在月球上记录的地面震动。它们的波形显示,地震波在穿过不均匀且断裂的火星地壳时,会四处反弹。SEIS观测到的其他24次地震主要是低频地震。其中三次地震显示出两种截然不同的波型,类似于地球上由构造板块运动引起的地震。

"这些低频事件真的很令人兴奋,因为我们知道如何分析它们,并提取有关地下结构的信息。"该研究的合著者、UMD地质学副教授VedranLekic说。"根据不同的波在地壳中传播的方式,我们可以识别火星内部的地质层,并确定距离和震源的位置。"

研究人员确定了其中三个低频地震的震源位置和震级,并认为另外10个地震的强度足以在分析后揭示其震源和震级。

"了解这些过程是关于火星本身的更大问题的一部分。"Schmerr说,"它能支持生命吗?它曾经支持过吗?生命存在于不平衡的边缘。想想地球上的区域,比如深海脊的热泉,那里的化学物质为生命提供能量,而不是太阳。如果事实证明火星上存在液态岩浆,如果我们能查明这颗行星的地质活动最活跃的地方,这可能会指导未来寻找生命可能性的任务。"

探测生命迹象是早期火星探测器"海盗1号"和"海盗2号"的主要任务。每个都携带地震检波器,但它们直接安装在着陆器上,没有提供有用的数据。"海盗1号探"测器没有正确解锁,海盗2号探测器只能探测到风冲击着陆器时发出的噪音,但没有令人信服的火星信号。

"洞察号"任务专门用于地球物理勘探,因此工程师们努力解决之前的噪音问题。着陆器上的机械臂将SEIS地震仪直接放置在距离着陆器有一定距离的火星地面上,将其与着陆器隔离开来。该仪器也被安置在一个真空室中,并由一个恰当的名字——防风隔热保护罩。SEIS地震检波器敏感度非常高,可以分辨极其微弱的地面振动,而火星上的地面振动比地球上最安静的地方还要安静500倍。

此外,地震仪还提供了有关火星天气的重要信息。低压系统和被称为"尘卷"的旋转风和尘柱将地面抬升到,以使地震仪能够记录基底中的倾斜情况。穿过地表的强风也创造了一个独特的地震特征。与气象仪器的数据相结合,SEIS数据有助于描绘出"洞察号"着陆器附近地表活动的每日周期图。

研究人员发现,当冷空气从南半球的高地滚到着陆器所在的北半球的极乐世界平原时,风从午夜开始刮起,一直刮到清晨。白天,来自太阳的热量导致对流风的形成。下午晚些时候,当气压下降和尘暴活动发生时,风力达到顶峰。到了晚上,风力减弱,着陆器周围的环境变得安静。从深夜到午夜,大气非常安静,地震检波器能够探测到来自火星深处的隆隆声。

所有的地震都是在夜间的平静时期探测到的,但地质活动可能会持续一整天。

Lekic说:"这些数据的惊人之处在于,它向我们展示了另一个星球上的一天是什么样子:美丽而富有诗意的画面。"

"洞察号"计划在2020年之前继续收集数据。

P.Lognonné等人的研究论文《根据"洞察号"地震数据研究火星浅层弹性和无弹性结构的约束条件》和W.Banerdt等人的《洞察号"对火星的初步研究结果》已发表。2020年2月24日发布的《自然地球科学》杂志特刊的一部分。


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