两团火星地震之间的对比使两位科学家怀疑这颗红色星球的内部结构在北半球和南半球之间存在很大差异。如果是这样,这将是关于火星南半球为何远高于北半球的长期争论中至关重要的、可能是决定性的证据。
火星是一颗由两个截然不同的半球组成的行星,其中一个半球比另一个高 5-6 公里(3-4 英里)。根据Hrvoje Tkalčić 教授澳大利亚国立大学的研究显示,火星近三分之二是高地,几乎覆盖了整个南半球,以及北部的一些赤道地区。太阳系中没有任何其他行星或大卫星具有如此明显的半球差异。自从发现差异以来,其原因一直存在争议。随着这一发现加剧了讨论,地壳的厚度甚至更加不同——南部更厚 30 公里(18 英里)。
一种理论提出了内部原因,另一种理论则认为火星北半球要么是由一次巨大的小行星撞击形成的巨大撞击盆地,要么是多次相互靠近的撞击的产物。两个半球的地壳磁场差异很大这一事实似乎是一个重要线索,但未能解决问题,但特卡尔奇奇希望火星地震可以解决这个问题。
美国宇航局的收集的数据并证明,尽管有些火星地震是由,其他人证明地球仍然是。就在几天前,对这些地震的分析被用来证明火星有一个。
在地球上,我们通过比较两个地震波到达三个或更多地震台的时间并进行三角测量来定位地震源。在火星上使用单个地震仪是不可能做到这一点的,但一些地震的源头已经确定在北部低地的塞伯鲁斯窝。中国科学院孙维嘉教授和特卡尔奇奇运用多种方法确定了第二个星团来自南部高地的 Terra Cimmeria。 Terra Cimmeria星团的数据较差,但仍然足以与北方的数据进行比较。
Sun 和 Tkalčić 得出的结论是,两个星团的衰减品质因数 (Q)(衡量这些地震的地震波如何受到行星内部结构的影响)之间存在重大差异。他们估计来自南部 Terra Cimmera 的地震 Q 值为 481-543。相比之下,来自北部 Cerberus Fossae 的主要地震群的 Q 值为 800-2,000,表明衰减要小得多,因此会经历非常不同的内部条件。
两人提出,最可能的原因是地震波穿过的物质的温度差异,高地下方的地幔温度更高。
两个地震源距洞察号的距离相似,但火星内部的温度差异意味着地震波更容易从北方传播。
图片来源:Sun 和 Tkalčić,地球物理研究快报,2024 年(抄送4.0)
孙和特卡尔奇奇认为,这样的差异不可能是某些古老小行星的产物。相反,我们在表面看到的反映了火星内部的对流已将热量传递到南侧。
洞察号选择在极乐平原的位置是为了便于着陆和利用太阳能,但事实证明它是一个完美的地点。
图片来源:NASA/JPL-Caltech
Tkalčić 告诉 IFLScience,作为一名地震学家,而不是地球动力学专家,他不知道为什么会发生这种对流,而且此后一直没有平息。不过,他指出以前的模特这表明这种差异可能是由于更热的地幔物质上升而维持的。
至于为什么太阳系中没有类似的物体表现出类似的模式,特卡尔奇奇告诉 IFLScience:“如果我知道这一点,它就不会成为太阳系最大的谜团之一。”
为了证实这个结论,更不用说解释过程了,我们可能需要更多的地震探测器。 “在地球上,我们有数千个地震台分布在地球各地。但在火星上,我们只有一个站,因此当你只有一个仪器时,挑战是确定这些火星地震的位置,”特卡尔西奇在一份电子邮件声明中说。
洞察号降落在火星赤道以北 4.5 度处,但位于极乐平原的北部低地内。选择这个位置是因为赤道附近有额外的阳光为着陆器的太阳能电池板供电,并且易于着陆。然而,特卡尔西奇告诉 IFLScience:“这个选择非常幸运,两个星团地点之间的距离大致相同。”这使得比较变得更加容易。
Tkalčić 告诉 IFLScience,这一系列地震的原因仍不清楚。特卡尔西奇说:“除了陨石撞击之外,其他火星地震的原因尚不清楚。” “我们仍然不知道它们是否是火山[起源]。”
成功的火星着陆器和火星车绝大多数集中在低地。在那里着陆更容易,有更多稀薄的火星大气来减缓降落伞的速度,而且火星半球被认为是从水流到低地时寻找生命迹象的更好候选者。地震勘探可能需要冒险进入高地。
该研究是开放获取的地球物理研究通讯。