洞察號火星日記:300多場“火星震”、神秘午夜脈衝
2020年05月04日14:23

  美國宇航局的“洞察”號火星著陸器目前已檢測到了300多場“火星震”(Marsquakes),並追蹤到了其中一些地震的震源信息。(註:本文英文原文首發發於2019年聖誕節前夕,文中數據非最新)

  加州舊金山

  火星上的地震來得又快又猛。在位於火星赤道附近的著陸點,美國宇航局的“洞察”號每天大約可以探測到兩次地震,而且探測到地震的頻率還在上升。

“洞察”號火星著陸器的地震儀有三個非常靈敏的傳感器,為了防風,它們被放置在一個圓頂結構內。圖片來源:NASA/JPL-Caltech。
“洞察”號火星著陸器的地震儀有三個非常靈敏的傳感器,為了防風,它們被放置在一個圓頂結構內。圖片來源:NASA/JPL-Caltech。

  “我們探測到了很多場地震。”Bruce Banerdt說,他是位於加州的噴氣推進實驗室的一名地球物理學家,也是“洞察”號的首席研究員。2019年12月12日,Banerdt在舊金山美國地球物理聯合會的一場會議上,報告了他們的發現。

  自從一年多前抵達火星以來,“洞察”號已經探測到了322場火星地震。這是人類首次在火星上探測到地震,也是第一次在地球和月球以外的天體上探測到地震。科學家們的目標是利用地震來探索火星的內部結構,包括破解火星內部的地殼、地幔和地核等地層。

  大多數火星地震都非常輕微,程度要比地球上的任何一場地震都輕得多。但是也有一兩場地震震級較高,達到了將近4級,這樣的震級足以讓科學家們找出地震的震源所在。

  其中最大的兩場地震來自科柏洛斯槽溝(Cerberus Fossae)——位於“洞察”號以東約1600公里,地質活動十分活躍。引起這兩場地震的原因可能是,應力在火星地殼內沿地質斷層不斷積聚,然後以火星地震的形式釋放了出來。

  這次任務的其他初步發現還包括,每天晚上在午夜前後,著陸器下方會傳來神秘的磁脈衝。不過,“洞察”號的主要目標之一,是將溫度探測器鑽入火星地下5米,但很遺憾的是,這一目標至今無法達成。這個被稱為“鼴鼠”的探測器在土壤中遇到的摩擦力超出了科學家的預期。19年10月,它甚至意外地從洞里退了出來。

  追蹤輕微地震

  迄今為止,最大的發現來自於不斷增多的火星地震記錄。當夜幕降臨,白天里呼嘯的狂風逐漸平息,“洞察”號高度靈敏的地震儀搜尋著地震的蹤跡。

  火星地震分為兩種。最常見的是高頻地震,較不常見的是低頻地震。瑞士蘇黎世聯邦理工學院的地震學家Domenico Giardini說,高頻地震可能來自於使火星淺層地殼破裂的震動,而低頻地震可能是從火星內部更深的地幔傳來的震動。

  最大的兩場地震發生在2019年5月和7月,都屬於低頻地震。研究團隊的成員追蹤到了地震能的來源:科柏洛斯槽溝。該地區是近期地質活動的中心,有在近一千萬年內發生過移動的地質斷層。

  在“洞察”號發射之前,研究人員就預測其很可能會探測到來自科柏洛斯槽溝的地震。巴黎地球物理研究所的行星科學家Alice Jacob說,這裏的斷層邊緣可以積聚應力。她領導的一項研究表明,這可能是“洞察”號所探測到的火星地震的來源。

  Banerdt說,地震發生的頻率在不斷增加,從剛著陸時的零星幾次,到現在的一天兩次。“洞察”號科學家還不清楚其中的原因。

  同樣神秘的,是每天晚上出現的磁脈衝。“洞察”號用磁力計對磁脈衝進行了測量,這種磁脈衝可能與火星周圍太空環境的某種變化有關。一種觀點是,這種磁脈衝是由來自太陽風的帶電粒子猛烈撞擊火星磁場而產生的。

  探測器問題

  “洞察”號迄今為止最為戲劇性的問題出自於“鼴鼠”溫度探測器。這個探測器最初按照計劃在地面鑽洞,但在去年十月份遭遇阻礙,突然彈出了洞口。

  “洞察”號任務的工程師最初在設計“鼴鼠”時,預想的是它將在一種完全不同的土壤類型中進行作業。德國宇航局的太空科學家Tilman Spohn解釋說,“鼴鼠”探測器專為無粘性土壤而設計,在無粘性土壤中,土壤顆粒之間幾乎沒有摩擦,就像是一大罐砂糖一樣。但是“洞察”號的著陸地點卻是粘性土壤,土壤顆粒緊緊粘結在一起,更像是一大團面。

  當“鼴鼠”開始鑽洞時,周圍的土壤逐漸形成了一個坑。而“鼴鼠”無法克服坑壁上的摩擦力,因此不能繼續向地下前進。Spohn說,他和他的同事們在關於粘性土壤的實驗室實驗中遇到了這種情況,但是他們以為“洞察”號的著陸點會是無粘性的土壤,因為其他火星著陸點的土壤狀況都是如此。

  噴氣推進實驗室的行星學家Mathew Golombek說,“洞察”號似乎不幸地落在了硬殼層——緻密、堅硬,由土壤壓實而成。這裏的硬殼層,不論是硬度還是厚度,都超出了預期。

  為瞭解決這個問題,“洞察”號任務的工程師們一直在嚐試用著陸器的機械臂將“鼴鼠”固定在坑邊,以便為它提供更多的摩擦力,以繼續前進。目前“鼴鼠”探測器已經開始再一次鑽探——緩慢而小心。

  “到聖誕節的時候,也許我們收到的禮物是,我們又重新回到了起點,”Spohn說,“但就目前的情況看來,這已經是非常非常不錯了。”

  來源:Nature自然科研

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