火星：一颗巧克力太妃溏心球

◎范旭

北京时间2021年7月23日，在“洞察”号火星探测器的帮助下，美国宇航局（NASA）首次公布了火星内部构造图（如图1）。从图中可以看出，火星就像一颗巧克力太妃溏心球。这是人类第一次对另一个星球的地质构造进行绘图，由此发现了这颗红色星球与地球这颗蓝色星球存在着的巨大差异。

图1 火星内部构造图（图/ IPGP David Duros）

火星，这颗人们熟悉的类地行星，究竟有何神秘之处？火星和地球的构造又有哪些不同？让我们跟随“洞察”号一一解开谜团。

··通过地震勘测研究火星··

近日，权威学术期刊《科学》杂志发表了3篇关于火星的论文。这3篇论文的合著者，美国宇航局喷气推进实验室的行星地震学家马克·潘宁表示，他们把之前通过收集地震波来研究地球内部的方法用到了研究火星上。

“火星更像是地球的表亲，而不是兄弟姐妹，”东京地球生命科学研究所的地震学家克里斯汀·豪斯说，“它的体积比地球小了6倍，可能是太阳系早期真正的古老遗迹。”

过去两年间，科学家们利用“洞察”号研究了火星磁性、绕太阳运行时的抖动及其震动时产生的地震波。一台“洞察”号相当于一个单独的地震仪，这意味着科学家们只能观察到火星的一个区域，而不是整个星球。要构建火星内部的详细结构图，得探测到大量穿过整个火星的强震，然而，这几年火星上发生的震动强度从来没有超过4.0级，这无疑给研究增添了难度。

图2 “洞察”号在2019年记录的一次火星地震（图/NASA）

“我们必须向前推进，看看我们能用这些数据做些什么。”科隆大学行星地震学家布里吉特·克纳梅耶·恩德伦说，他是其中一篇论文的主要作者。尽管面临挑战，科学家们还是成功地对火星内部进行了详细的“X光检查”。

··发现火星的秘密··

科学家证实，火星南部高地的地壳较厚，北部低地的地壳较薄，由此得出火星北部在很久以前可能是一片海洋。

火星地壳的平均厚度在24千米至72千米之间，可以分成3层：一是主要由陨石粉碎成的火山岩组成的顶层，一是由更连贯的火山岩组成的中层，一是暂时无法确定是否存在的下层。

和地球一样，火星的地幔比地壳厚得多，火星上地幔中坚硬的那部分形成了不断移动的板块，厚度约为地球的一半。

瑞士地球物理学家、3篇论文的合著者阿米尔·汗说，火星坚硬的上地幔可能解释了为什么我们在火星上看不到多样的板块构造。这些坚硬的外壳也阻止了上地幔分裂成单独的板块，因此火星不像地球一样有诸多的山脉、海洋、盆地。

火星地幔的构造也让我们明白为什么一个曾经拥有大火山且经常喷发出熔岩流的星球，现在的地质活动却一点也不活跃。这是因为一颗行星的火山和板块构造活动，本质上是由从行星内部到外壳的热量运动驱动的，而火星地幔较冷，缺少热量，导致其表面不易产生大规模的地质活动。

图3 火星勘测轨道器拍摄到的滑坡

科学家还发现，由于没有磁场保护火星免受太阳辐射，火星的大气层就像纸屑一样容易被风吹走，其表面的水如果没有被岩石吸收，就会流进太空。这就使得火星最终会变成一片寒冷且受辐射的沙漠。

··仍有很多谜团尚未解开··

尽管人类通过火星地震勘测第一次成功了解了其深层结构，但目前还没有探测到足以穿过火星核心的强大震动波，所以科学家不知道火星是否和地球一样有一个坚固的内核。而能确定的是，火星有一个液态的外核——它就像泥浆在缓慢移动。

无论如何，“洞察”号已经是火星上的“老兵”了，如今，新的火星探索者已经成功着陆。

2021年 5月22日，我国“祝融号”火星车已安全驶离着陆平台，到达火星表面，标志着我国正式成为世界上第二个能在火星上进行巡视探测的国家，这将为人类认识火星提供更多可能。