當美國宇航局火星探測器洞察號的地震儀一直在耐心等待下一次大火星地震照亮其內(nèi)部并確定其火星地殼、地幔、地核結(jié)構(gòu)時，兩名科學家，東北大學的吉崎隆和馬里蘭大學的比爾·麥克多諾為火星建立了一個新的成分模型，

其研究發(fā)表在《地球化學與宇宙化學學報》期刊上，他們使用來自火星巖石和軌道衛(wèi)星測量結(jié)果來預測其核幔邊界的深度，該邊界位于地表以下約1800公里處。

并能夠表明其核心含有適量的硫、氧和氫作為輕元素。吉崎隆解釋說：了解巖石行星的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以告訴我們形成條件、核心如何以及何時從地幔分離，以及從地幔中提取地殼的時間和數(shù)量。早期的天文學家利用行星及其衛(wèi)星的分離距離和軌道周期來確定這些天體的大小、質(zhì)量和密度。今天的軌道宇宙飛船提供了關(guān)于行星形狀和密度的更多細節(jié)，但其內(nèi)部的密度分布仍然未知。

行星的地震剖面提供了這一關(guān)鍵的洞察信息，當?shù)卣鹫饎有行菚r，聲波在其內(nèi)部以由其內(nèi)部成分和溫度控制的速度傳播。密度上的強烈對比，例如巖石和鋼鐵，導致聲波的響應不同，揭示了核幔邊界深度和這些層可能組成的細節(jié)。到19世紀末，科學家們假設地球內(nèi)部有一個金屬核心，但直到1914年地震學家才證明，金屬核心在2900公里深的地方存在。

地震學家揭示了地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，這有助于定位震源和了解地震的性質(zhì)。阿波羅宇航員安裝的四臺月球地震儀，揭示了月球的核-地幔-殼結(jié)構(gòu)?；鹦?，第二個被探測次數(shù)最多的行星，在2018年年中從洞察號火星探測任務中收到了的第一個地震信號。行星的組成模型是通過將地表巖石、物理觀測和球粒隕石（行星的原始構(gòu)造塊）的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起而開發(fā)出來。

這些隕石是巖石和金屬的混合物，就像行星一樣，它們是由早期太陽星云吸積出來的固體組成。不同比例的鎂、硅和鐵的氧化物以及鐵和鎳的合金組成了這些固體。研究發(fā)現(xiàn)火星地核只有其質(zhì)量的六分之一，而地球的地核則是其質(zhì)量的三分之一。這些發(fā)現(xiàn)與火星比地球更多的氧原子、更小的地核和紅色表面是一致的。同時還發(fā)現(xiàn)火星的揮發(fā)性元素豐度高于地球，例如硫和鉀，但這些元素的豐度低于球粒隕石。

當探測到火星地核-地幔邊界的深度時，美國宇航局（NASA）火星探測器“洞察號”任務中的地震儀將能夠直接測試這個新火星模型。火星和地球的這種成分模型，為行星的起源和性質(zhì)以及它們的宜居條件提供了新線索。通過比較類地行星的組成模型，可以洞察產(chǎn)生行星規(guī)模相似和不同的物理化學過程。被廣泛接受的火星成分模型假設，火星中的Mn和更多難熔元素為CI球粒隕石，包括Fe、Mg和Si，它們和O一起占火星質(zhì)量的90%以上。

然而在對太陽光球和隕石組成理解上的進步，對CI球粒隕石作為火星類似物的使用提出了挑戰(zhàn)，新的火星模型組成，避免了這樣的假設，并基于火星隕石和宇宙飛船的觀測數(shù)據(jù)，建模方法以前被用來預測地球的組成。該模型確定了塊狀硅酸鹽MARS(BSM)中難熔親石元素絕對豐度是CI碳質(zhì)球粒隕石的2.26倍。相對于這種球粒隕石成分，火星具有中等揮發(fā)性親石元素的系統(tǒng)耗竭，這是它們冷凝溫度的函數(shù)。

博科園｜研究/來自：東北大學

參考期刊《地球化學與宇宙化學學報》

DOI: 10.1016/j.gca.2020.01.011

博科園｜科學、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學