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火星地震将揭示星球早年的诱人线索

2018-05-14
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一颗行星听诊器即将开始聆听火星的心跳。

5月5日,美国航天局计划从加利福尼亚的范登堡空军基地发射其价值9.94亿美元的InSight飞船。特派团的主要工作是在火星表面放置一个地震计,并听取围绕地球内部的地震波。

如果努力成功,它将标志着第一次明确地检测到被称为地震的震颤 - 并且解释了关于地球内部结构以及它如何演化的长期秘密。 “关于火星的所有这些问题都只能用地震数据来回答,”美国宇航局加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室的地球物理学家布鲁斯巴纳德特和特派团首席研究员说。

“这将是火星上的第一个地球物理观测站,”德国航空航天中心(DLR)行星地球物理学家Ana-Catalina Plesa补充说。 “我们都很兴奋。”

耳朵在地上

在地球上,地震学家利用散布在世界各地的测量站网络来检测远处地震的地震波。通过追踪这种能量如何在地球内部发生反弹,研究人员可以计算基本信息,如地球核心的大小。

但火星上还没有人做过这件事。美国国家航空和宇宙航行局在1975年发射的双胞胎海盗登陆器上尝试失败。海盗号1上的地震仪在解锁机制无法解锁仪器时失败。维京2号上的地震仪收集了大约2,100小时的数据 - 但是它检测到的所有震动,有一个可能的例外1,是由于风摇动飞船造成的。地震仪已安装在着陆器的顶部,而不是直接与火星表面接触。

在InSight登陆后,它将把由法国航天局CNES建造的西瓜大小的地震仪塞到火星地面。该仪器将安置在防护罩下面,因为它的三个精巧的摆锤可以测量最小的颤抖。 “它几乎是迄今为止建造的最敏感的地震仪,”美国国家航空航天局马萨诸塞州阿拉巴马州亨茨维尔航天飞行中心的行星科学家雷尼韦伯说。

但构建这样一个挑剔的乐器并不容易。 InSight最初预定于2016年3月发布,但封入地震仪的真空密封件泄漏导致26个月的延迟。此后,外壳经过重新设计,地震仪已在德国南部的一个地球物理天文台成功测试。

马丁神秘

最大的问题是它会捕获多少次ma蛇。由于没有关于火星地震活动的实际数据,研究人员使用了地球表面上的地质断层图2,并计算了其内部随着时间而冷却的情况3,以估计火星可能比地球有更少的地震但比月球更多。 (机器人月球着陆器,加上美国宇航局阿波罗计划的宇航员部署的仪器,测量了由地球潮汐引起的构造裂缝和深部月亮引起的浅层月亮。)

InSight将登陆Elysium Planitia,这是一个安全而平坦的 - 但地质上无聊的地点,位于火星赤道附近4。在那里,它可能期望每年测量一次2.7到4.2之间的本地地震,韦伯说。但它也可以检测到距离1000多公里外的遥远地区的大型地震,例如陡峭的Cerberus Fossae5或Tharsis地区及其巨大的火山。 “我们的目标是在任务上收集30次地震,”领导地震计小组的巴黎地球物理研究所的地球物理学家PhilippeLognonné说。

地震越大,它会揭示地球内部的情况就越多,因为只有最大的地震事件才能穿透核心。韦伯说:“等级7会很棒。在美国宇航局希望执行任务的两个地球年中,InSight可能会看到一次或两次地震。

问题的核心

来自马戏团的数据将有助于InSight绘制火星地壳,地幔和核心之间的界线。这样做可以揭示地球原始岩浆海洋曾经肆虐的深度,以及火星是否有类似板块构造的东西。把火星的核心尺寸缩小到大约地球的一半,就可以揭示它的密度和组成6。 Banerdt说,这颗行星的内层代表了它诞生数千万年的记录。研究火星的内部也可能有助于揭示我们自己的星球的早期历史,在它形成后不久可能会经历许多相同的变化。

同时,对InSight进行的无线电科学实验将测量行星如何在其轴上摆动,以此作为进一步了解其核心内容的方式。由DLR团队建造的热流探测器将穿透地表下5米以测量温度如何随深度和时间变化。

只要在6月8日前发布,InSight将能够在11月26日登陆火星并在数周内部署其仪器。对于Lognonné而言,他一直在试图将火星地震仪推向火星超过二十年,但那一天不会很快到来。

“当我得到第一批数据时,我会更加高兴,”他说。

Nature 557,13-14(2018)