科学家通过分析火星地震来确定火星地壳的结构

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根据对美国宇航局“洞察”号任务记录的火星地震的分析,目前火星地壳结构已首次得到准确确定。在“洞察”号着陆点下方,地壳大约有20或39公里厚。这是由科隆大学地球物理和矿物学研究所的地球物理学家汤屹云KnAPMEYER Enrun博士领导的国际研究小组和加州理工大学喷气推进实验室的马克·潘宁博士的结果。

科学家通过分析火星地震来确定火星地壳的结构-第1张图片-IT新视野

Insight是“利用地震测量、大地测量和热传导进行内部勘探”的缩写。美国宇航局的着陆器于2018年11月26日登陆火星,探索这颗红色星球的地壳、地幔和核心。2021年7月23日,《科学》杂志发表论文《从洞察地震数据看火星地壳的厚度和结构》。

过去,只能估计火星厚度的相对差异,需要额外的假设才能获得绝对厚度。因此,获得的绝对值显示出很大的离散性,这取决于所作的假设。现在,地震学用着陆点的直接测量取代了这些假设,从而校准了整个地球的地壳厚度。这个独立的数据点也可以估计地壳的密度。

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“地震学能测量的主要是速度比较。这是地震波在不同材料中传播速度的差异,”论文的主要作者knapmeyer endrun说,“与光学非常相似,我们可以观察反射和折射。至于地壳,我们也得益于地壳和地幔是由不同的岩石组成的,它们之间有很强的速度跳跃。基于这些跳跃,可以非常准确地确定地壳结构。”

数据显示,在“洞察”号着陆点,顶层厚度约为8(+/-2)公里。在这一层之下,另一层大约有20(+/-5)公里“地幔可能从这一层之下开始,这将表明地壳出奇地薄,即使与地球上的大陆地壳相比也是如此。例如,在科隆,地球的地壳大约有30公里厚,“克纳普梅耶·恩德伦解释说,”然而,火星上可能有第三层地壳,这将使着陆点下的火星地壳大约有39(+/-8)公里厚。这将更符合以往的研究结果,但这一层的信号并不是匹配现有数据的关键。然而,在这两种情况下,我们都可以排除整个地壳由表面测量和火星陨石中已知的相同物质组成的可能性。相反,这些数据表明,最上层是由一个意想不到的多孔岩石。此外,可能还有比表面玄武岩更深的其他岩石类型。”

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在“洞察”号着陆点单独测量地壳厚度就足以绘制整个地壳的地图。从环绕火星运行的卫星上进行的测量提供了一张非常清晰的行星重力场图,使科学家能够将地壳厚度的相对差异与着陆地点的测量结果进行比较。这些数据的组合提供了一个精确的地图。

火星地壳的厚度特别有趣,因为地壳是在早期形成阶段由熔融地幔的残余物形成的。因此,有关其当前结构的数据也可以提供火星如何演化的信息。此外,更准确地了解火星的演化过程,将有助于解读太阳系早期分化过程是如何展开的,以及为什么火星、地球和其他行星今天如此不同。

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