也许是太阳系最大的谜团的所在地：所谓的火星二分法自从 20 世纪 70 年代被发现以来，它一直困扰着科学家。
火星的南部高地（约占火星表面的三分之二）比北部低地高出五六公里。在太阳系的任何其他地方，我们都没有看到如此大规模的如此巨大、鲜明的对比。
是什么造成了这种巨大的差异？对于这是否是由外部因素造成的，科学家们存在分歧，比如与月球大小的巨大行星相撞。– 或内部的，例如通过行星熔融内部的热量流动。
在新的研究中发表于地球物理研究通讯，我们分析了火星地震美国宇航局的“洞察”着陆器探测到了该着陆器，该着陆器位于二分法两侧的边界附近。研究火星地震振动如何传播的证据表明，火星二分法的根源在于这颗红色星球的深处。
火星人的二分法
海拔高度并不是火星二分法两侧的唯一区别。
南部高地布满陨石坑，并布满冰冻的火山熔岩流。相比之下，北部低地的表面光滑平坦，几乎没有明显的疤痕和其他显着特征。
从地球物理和天文学测量中，我们还知道南部高地下方的火星地壳要厚得多。更重要的是，南部的岩石被磁化了（这表明它们可以追溯到火星具有全球磁场的远古时代），而北部低地的岩石则没有。
火星二分法是在 20 世纪 70 年代发现的，当时维京探测器的图像显示撞击坑的高度和密度存在差异。
陨石坑的表面密度（单位面积的陨石坑数量）可用于计算地表岩石的年龄——表面越古老，陨石坑越多。因此，南部高地似乎比北部低地更古老。
科学家还相信曾经有火星上有广阔的液态水海洋，可能与北部低地位于同一地区。
对此存在很多争论，因为陆地被海洋覆盖时形成的沉积物、地貌和某些矿物质的存在或不存在被用作支持和反对的主要证据。
液态水的存在是生命存在的先决条件，因此科学界和航天机构对这个问题的兴趣也不难理解。
外太空还是内在力量？
火星二分法的起源是一个长期存在的谜题在行星科学中。火星早期（考虑到表面岩石的年龄）什么样的渐进或剧烈的自然过程、现象、宇宙力或灾难可以为这个问题提供答案？
出现了两个主要假设。
首先就是所谓的内源性的假设。这认为，火星地幔内部较温暖物质的上升和较冷物质下沉所产生的传热差异导致了其表面可见的二分性。
其次是外源性的假设，根据该假设，二分法的原因来自空间。这意味着单个月球大小的天体或几个较小的天体会产生灾难性的影响，重塑地球表面。
火星地震
在地球上，我们可以使用数百甚至数千个地震仪的数据来三角测量地震的位置。
在火星上，我们只有来自洞察号着陆器上的单个仪器的数据。为了找到火星地震的位置，我们必须依靠测量不同类型的振动（称为 P 波和 S 波）之间的到达时间差异。
这让我们可以计算到火星地震的距离。我们还可以通过观察地面上粒子的运动来确定地震的方向。
一旦我们建立了一个根据 Insight 数据精确定位火星地震的系统，我们就会根据已知事件（例如卫星摄像机发现的流星体撞击）对其进行检查。我们发现我们的方法可靠地指向南部高地 Terra Cimmeria 地区的一组火星地震。
接下来我们研究了 S 波在穿过南部高地的岩石时如何损失能量。我们还对北部低地 Cerberus Fossae 地区早期观测到的地震进行了类似的计算。
比较这两者表明，波浪在南部高地失去能量的速度更快。最可能的解释是，南部高地下方的岩石比北部更热。
地震告诉我们什么有关二分法的信息
二分法两半之间的温差支持了这样一种观点，即分裂是由火星上的内力引起的，而不是某种外部影响。
其原因的完整解释相当复杂。为了简化起见，科学家们根据很久以前火星地壳最初的不均匀性，建立了模型来解释这种二分法是如何形成的。
火星曾一度像地球一样拥有移动的构造板块。这些板块的运动和它们下面的熔融岩石可能会产生类似二分法的东西——当构造板块停止移动时，这种二分法就会冻结在适当的地方，从而在地球熔融内部形成科学家所说的“停滞盖”。
这些事件可能导致了熔岩中的对流模式，这可以解释我们今天看到的二分法，即南部高地下方的上升流和北部低地下方的下降流。
我们关于二分法温度差异的火星地震证据与这些模型是一致的。
为了最终回答导致火星二分法的问题，我们需要更多的火星地震数据，以及火星如何形成的详细模型以及与地球和其他行星的比较。然而，我们的研究揭示了这个难题的一个重要的新部分。
赫尔沃耶·特卡尔西奇，教授，地球物理系主任，Warramunga 阵列主任，澳大利亚国立大学和Weijia Sun，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室地球物理学教授，中国科学院
