利用美國“洞察”號數據,研究者獲火星地下200米深處影像

2021年11月25日18:27

原標題:利用美國“洞察”號數據,研究者獲火星地下200米深處影像

火星表面的“洞察”號  圖源:美國宇航局官網
火星表面的“洞察”號 圖源:美國宇航局官網

利用美國宇航局“洞察”號(InSight)任務採集的地震數據,研究人員首次解析火星淺層地下至約200米的深度。

他們獲得了火星埃律西昂平原(Elysium Planitia)地下約200米深處的次表層影像,瞭解熔岩流之間夾著一層淺淺的沉積層。這一結果增進了我們對火星地質曆史的認識。

相關論文發表在國際知名學術期刊《自然-通訊》上,標題為“The shallow structure of Mars at the InSight landing site from inversion of ambient vibrations”。

“火星一直是大量行星科學任務的目標,包括飛越、軌道飛行器、著陸器和漫遊車,這些任務側重於其表面、大氣遙感以及地表地質化學和礦物學。”參與研究的蘇黎世聯邦理工學院博士Cédric Schmelzbach和其同事表示。

2018年11月26日,“洞察”號火星探測器降落在火星的埃律西昂平原地區,這是首個深入研究火星“內部空間”的探測器。

“洞察”號的英文名“InSight”是使用地震調查(Seismic Investigations)、大地測量(Geodesy)和熱傳輸(Heat Transport)進行內部探索(Interior Exploration)的縮寫,其旨在對這顆紅色星球進行自 45 億年前形成以來的首次徹底探查。

“洞察”號有一個非甚寬帶地震儀——SEIS。“SEIS持續運行,主要目標是探測地震,以量化火星地震活動並推斷火星的所有尺度的內部結構。”Schmelzbach表示。

為什麼要研究火星內部結構?因為這有助於回答40億多年前太陽系中岩石行星(水星、金星、地球和火星)以及岩石系外行星早期形成的關鍵問題。與其他類地行星相比,火星不太大也不太小。這意味著其保留了其形成的記錄,可以讓我們深入瞭解類地行星是如何形成的。

此項研究中,Schmelzbach和同事利用SEIS地震數據分析了埃律西昂平原,這是火星赤道以北的平坦平原。

地震波穿過行星內部的不同物質時,其速度和形狀各不相同。火星上的這些變化為地震學家提供了一種研究行星內部結構的方法。

他們用這些數據分析了深度達200米的淺次表層,發現該地區有一個浮土層,主要為沙質,約3米厚,它的下面有一層約15米厚的粗糙塊狀噴出物(隕石撞擊後被噴出又落回表面的岩石塊)。在這些表層之下,他們發現了厚約150米的熔岩流,與預期的次表層結構基本一致。

作者利用當前文獻中的撞擊坑計數進行了測年,發現淺層的熔岩流大約有17億年的曆史,形成於亞馬遜紀(Amazonian period)。亞馬遜紀是火星上的一個地質時代,其特徵是隕石和小行星撞擊率低,以及大約30億年前開始的寒冷、極度乾旱條件 .

而更深的熔岩流形成更早,可追溯到36億年前的西方紀(Hesperian period),其特徵是廣泛的火山活動。

在熔岩流之間,從大約30米的深度開始,研究者還發現了一個30-40米厚的地層,其地震速度較低,提示其中沉積物質的硬度不如更硬的玄武岩層。他們認為,這個地層可能由夾在西方紀和亞馬遜紀玄武岩之間的沉積物組成,或是由亞馬遜紀玄武岩本身的沉積物組成。

“這些結果有助於更好地瞭解火星埃律西昂平原的地質過程,與著陸前模型相比,這對於未來的著陸任務也很有價值,因為它有助於完善預測。”參與此項研究的科隆大學Bensberg天文台博士Knapmeyer-Endrun表示,“例如,需要瞭解淺層地下的特性來評估其承載能力和火星車的通行能力。”“此外,淺層地下分層的細節有助於瞭解其中可能仍然含有地下水或冰的位置。”

今年7月,研究者利用“洞察”號的數據在知名學術期刊《科學》上發表了三篇論文,提供了有關火星地殼、地幔和地核的深度和組成的詳細信息,包括確認火星的中心是熔融的。

研究者發現,火星的地殼比預期的要薄,可能有兩到三個子層。如果是兩個子層,則深度可達20公里,如果有三個,則可達37公里。下面是火星的地幔,它延伸了1560公里。火星的核心的半徑為1830公里。

視頻精選
更多新聞