火星上的強(qiáng)震與隕石坑

鞠強(qiáng)

“洞察號(hào)”上的火震儀記錄到了一次4 級(jí)火星震?？茖W(xué)家認(rèn)為，這次罕見的強(qiáng)震是由一顆隕石撞擊火星表面引起的。

火星一直都是人類太空探索的熱點(diǎn)，美國(guó)航空航天局（NASA）正在火星執(zhí)行的任務(wù)就包括火星勘測(cè)軌道飛行器、“好奇號(hào)”火星車以及“洞察號(hào)”火星探測(cè)器等，它們?cè)诨鹦擒壍篮突鹦潜砻鎸?duì)這顆紅色星球進(jìn)行多種形式的探索。

2022年10月27日，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)從火星勘測(cè)軌道飛行器和“洞察號(hào)”獲得的數(shù)據(jù)，在《科學(xué)》上發(fā)表文章闡述了他們對(duì)火星的最新研究進(jìn)展，展示了一個(gè)人類有史以來(lái)“見證”形成過(guò)程的最大隕石坑。

探索火震

“洞察號(hào)”于2018年5月5日發(fā)射升空，2018年11月26日成功在火星的埃律西昂平原著陸。 這臺(tái)探測(cè)器的英文名稱是“Mars InSight”，意思是“基于地震調(diào)查、大地測(cè)量與熱傳導(dǎo)的內(nèi)部探索”，其主要科學(xué)目標(biāo)是通過(guò)探測(cè)火星的地震波和測(cè)量火星內(nèi)部的溫度來(lái)了解火星的演化歷史，研究火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和活動(dòng)。

當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ谝活w行星內(nèi)部的不同物質(zhì)之間穿行時(shí)，地震波的速度和波形不同，這些變化可幫助地震學(xué)家了解行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大小、厚度和組成等關(guān)鍵信息。在地球和月球上進(jìn)行的地震學(xué)研究表明，基于震波的地震學(xué)觀測(cè)是探測(cè)星體內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常有效的方式。地核、月核等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)都依賴于地震波探測(cè)。

“洞察號(hào)”攜帶了三件主要科學(xué)載荷，其中包括一臺(tái)叫作“探測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的地震學(xué)實(shí)驗(yàn)”的研究火星地震的火震儀?！岸床焯?hào)”正在利用這臺(tái)儀器記錄火星上發(fā)生的地震，探測(cè)火星的火核、火幔和火殼。自從在火星著陸以來(lái)，截至2022年10月27日，“洞察號(hào)”已經(jīng)記錄了1318次火星震。

天地協(xié)作

2021年12月24日，“洞察號(hào)”記錄到一次震級(jí)為4級(jí)的火星震，這在火星上是一次罕見的強(qiáng)震。此后，結(jié)合火星勘測(cè)軌道飛行器獲得的數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)這次火星震有著更為重要的意義。

火星勘測(cè)軌道飛行器于2005年8月12日發(fā)射升空，2006年3月10日順利進(jìn)入火星軌道，主要科學(xué)目標(biāo)是尋找火星上是否存在水的證據(jù)，同時(shí)收集火星的大氣與地理信息。

2022年2月11日，馬林太空科學(xué)系統(tǒng)的研究人員利用火星勘測(cè)軌道飛行器獲得的數(shù)據(jù)在火星北半球的亞馬孫平原上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新形成的隕石坑。這個(gè)團(tuán)隊(duì)建造并且管理著兩臺(tái)搭載在火星勘測(cè)軌道飛行器上的相機(jī)，其中的環(huán)境相機(jī)提供了黑白的中分辨率圖像，火星彩色成像儀則能夠提供火星的每日地圖。

研究人員通過(guò)對(duì)前后拍攝的圖像進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)了這個(gè)隕石坑的形成時(shí)間為2021年12月24日，而隕石坑的位置與“洞察號(hào)”上的火震儀記錄到的當(dāng)天發(fā)生的4級(jí)火星震的震中吻合。他們?cè)谖恼轮兄赋觯@一天發(fā)生的這次火星震正是由一顆隕石撞擊火星表面引起的。

最大的坑

根據(jù)火星勘測(cè)軌道飛行器和“洞察號(hào)”的數(shù)據(jù)，研究人員還原了這次撞擊的過(guò)程：2021年12月24日，一顆直徑在5～12米的隕石撞向火星表面。這個(gè)大小的隕石會(huì)在地球的大氣層中被燒毀，不會(huì)威脅人類的安全，但是因?yàn)榛鹦堑拇髿饷芏戎挥械厍虼髿饷芏鹊?%，因此這顆隕石幾乎是毫無(wú)阻礙地撞擊了火星。這次撞擊在火星表面形成了一個(gè)直徑約150米、深度為21米的隕石坑，撞擊中被噴射出的物質(zhì)最遠(yuǎn)濺落到37千米之外的地方。

火星除了大氣層稀薄無(wú)法提供保護(hù)外，還緊鄰太陽(yáng)系的主小行星帶，因此更易受到隕石撞擊的影響。不過(guò)，由于火星表面的風(fēng)等因素的干擾，“洞察號(hào)”記錄到的火星震絕大多數(shù)來(lái)自火星內(nèi)部的地質(zhì)活動(dòng)，目前只有極少數(shù)經(jīng)確認(rèn)來(lái)自隕石撞擊。

在這篇文章中，研究人員還介紹了發(fā)生于2021年9月18日的另一次類似事件，那一次撞擊形成了多個(gè)隕石坑，其中最大的一個(gè)隕石坑直徑約為130米，撞擊引發(fā)的火星震震級(jí)也達(dá)到了4級(jí)。2022年9月19日，研究人員在《自然地質(zhì)科學(xué)》上發(fā)表文章公布了首批發(fā)現(xiàn)的4次隕石撞擊火星所引發(fā)的火星震。不過(guò)，這幾次火星震的震級(jí)較小，都不超過(guò)2級(jí)。

根據(jù)目前掌握的數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為，2021年12月24日隕石撞擊火星形成的這個(gè)直徑約150米的隕石坑是人類有史以來(lái)“見證”形成過(guò)程的最大隕石坑?；鹦呛驮虑蛏线€有更多更大的隕石坑，但人類并沒(méi)有記錄到它們的形成過(guò)程?！岸床焯?hào)”撞擊科學(xué)工作組負(fù)責(zé)人、美國(guó)布朗大學(xué)的英格麗德·道巴在NASA 官網(wǎng)上表示：“發(fā)現(xiàn)這樣尺寸的新的撞擊坑是史無(wú)前例的?！?/p>

發(fā)現(xiàn)水冰

這次隕石撞擊將撞擊點(diǎn)附近的地下物質(zhì)暴露出來(lái)，火星勘測(cè)軌道飛行器搭載的高分辨率成像科學(xué)實(shí)驗(yàn)彩色相機(jī)拍攝到因撞擊而濺出的巨大冰塊。地下冰對(duì)于到達(dá)火星的航天員是一種至關(guān)重要的資源，可以用來(lái)滿足多種生活和科研需要，包括飲用、進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及電解后作為火箭的推進(jìn)劑等。這次撞擊的位置為火星北緯34.8°，研究人員此前從未在比這里更靠近赤道的區(qū)域發(fā)現(xiàn)埋藏于地下的水冰。因此，撞擊點(diǎn)所在的這個(gè)靠近赤道又有地下水冰的平原地區(qū)，對(duì)未來(lái)載人登陸火星計(jì)劃是一個(gè)很具吸引力的著陸地點(diǎn)。

在到達(dá)火星后的近4年時(shí)間里，“洞察號(hào)”已經(jīng)取得了豐碩的成果。2021年7月23日，《科學(xué)》同時(shí)發(fā)表了3篇文章，公布了研究人員基于“洞察號(hào)”獲取的數(shù)據(jù)所完成的最新研究成果。這些研究首次直接探測(cè)到了地球以外另一顆巖質(zhì)行星的殼層、幔層和內(nèi)核結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)了關(guān)于火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化歷史的豐富信息。

不過(guò)，由于太陽(yáng)能電池板上覆蓋的火星塵埃越來(lái)越多，“洞察號(hào)”出現(xiàn)了嚴(yán)重的供能問(wèn)題，目前已停止了對(duì)火星的探索任務(wù)。

本文轉(zhuǎn)自《南方周末》