在美國宇航局“洞察號”著陸器成功降落在平坦火星上地區(qū)表面70天后，洞察號的地震儀SEIS開始記錄火星上的振動。在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，由多梅尼科·賈爾迪尼教授領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員和工程師已經(jīng)交付了SEIS控制電子設(shè)備，并負(fù)責(zé)火星震（Marsquake）服務(wù)。

后者負(fù)責(zé)與蘇黎世理工大學(xué)的瑞士地震局合作，對從火星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行日常解釋，現(xiàn)在研究人員《自然地球科學(xué)》期刊上發(fā)表了一系列研究。

這些研究解釋和介紹了火星上運(yùn)行頭幾個月洞察號地震儀的任務(wù)成果，截至2019年9月底，火星探測器洞察號的地震儀記錄了174次火星震，從那時起，測量工作一直在繼續(xù)，到今天為止，觀測到火星地震超過450次，這些地震波還沒有得到詳細(xì)的分析，但這說明平均每天有一次火星地震發(fā)生。這些數(shù)據(jù)使研究人員可以觀察地震波如何在火星上傳播，并揭示其內(nèi)部特征，這類似于x射線在醫(yī)學(xué)斷層掃描中的使用。

在洞察號登陸之前，研究人員已經(jīng)開發(fā)了一系列可能的模型來表示火星這顆紅色行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。已經(jīng)過了幾個月記錄的火星大地震，使人們能夠完善對行星結(jié)構(gòu)的理解，并減少不確定因素。然后解讀火星地震數(shù)據(jù)是具有挑戰(zhàn)性的，震級與我們在地球上看到的地震事件相似，盡管火星震級一般較小。174次登記在冊的地震可以分為兩個家族：一個家族包括24個低頻事件，震級在3級到4級之間，地震波通過火星地幔傳播。

第二類地震包括150次震級較小、震源深度較淺和困在火星地殼中的高頻波。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教授吉亞爾迪尼解釋說：火星地震具有阿波羅時代在月球上已經(jīng)觀察到的特征，由于火星地殼的散射特性，信號持續(xù)時間較長(10到20分鐘)，然而，一般來說，解釋火星地震數(shù)據(jù)是非常有挑戰(zhàn)性的，在大多數(shù)情況下，只能識別地震波到達(dá)的距離，而不是方向。

洞察號降落在薄薄的沙層上

同時洞察號也開啟了行星地震學(xué)的新紀(jì)元，考慮到火星上的惡劣條件，地震儀SEIS的表現(xiàn)超出了到目前為止的預(yù)期，火星的特點(diǎn)是每天氣溫從零下80攝氏度到0攝氏度不等，還有強(qiáng)風(fēng)振蕩。事實(shí)上，風(fēng)會在白天震動火星探測器“洞察號”著陸器及其儀器，導(dǎo)致高水平的環(huán)境噪音。然而，在日落時，風(fēng)會平靜下來，從而記錄下太陽系有史以來收集到的最安靜地震數(shù)據(jù)。因此，地震儀SEIS在火星上探測到的大多數(shù)地震事件都發(fā)生在安靜的夜間。

具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境，還要求仔細(xì)區(qū)分地震事件和起因于洞察號著陸器運(yùn)動、其他儀器或大氣引起的擾動信號。地震儀SEIS記錄的HP3儀器（另一個洞察力實(shí)驗(yàn)）敲擊和沙塵暴的近距離通過，能繪制空間站正下方淺層土層的物理屬性圖?，F(xiàn)在知道洞察號地震儀SEIS降落在一層薄薄的沙層上，深達(dá)幾米，位于一個20米寬的古老撞擊坑中間。在更深的地方，火星地殼的性質(zhì)與地球相當(dāng)，但看起來更碎裂。地震波的傳播表明，與下地幔相比，上地幔具有更強(qiáng)的衰減。

地震活動也是由構(gòu)造應(yīng)力引起

火星探測器洞察號降落在火星上一個相當(dāng)安靜的區(qū)域，因?yàn)榈侥壳盀橹惯€沒有記錄到空間站附近的事件。三次最大的地震發(fā)生在大約1500公里外的Cerberus Fossae地區(qū)。這是一個構(gòu)造地塹系統(tǒng)，是由極地平坦地區(qū)最大火山極地蒙斯的重量造成。這提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，表明火星上的地震活動，不僅是火星冷卻和隨之縮小的結(jié)果，也是由構(gòu)造應(yīng)力引起的，火星上釋放的總地震能量介于地球和月球之間。

洞察號地震儀SEIS作為其他洞察號測量的補(bǔ)充，也為更好地理解火星上的氣象過程，提供了有意義的數(shù)據(jù)。該儀器對風(fēng)和大氣壓的敏感度，使其能夠識別火星特有的氣象現(xiàn)象，包括如每天下午經(jīng)過航天器的許多塵暴。

博科園｜研究/來自：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

參考期刊《自然地球科學(xué)》

DOI: 10.1038/s41561-020-0544-y

DOI: 10.1038/s41561-020-0539-8

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