火星核心之谜已解开
四年来，宇航局的洞察号着陆器用仪记录了火星上的震动。苏黎世联邦理工学院的研究人员收集并分析了传输到地球的数据，以确定地球的内部结构。“虽然任务于 2022 年 12 月结束，但我们现在发现了一些非常有趣的东西，”苏黎世联邦理工学院地球科学系高级科学家阿米尔·汗 (Amir Khan) 说。
对记录的火星的分析与计算机模拟相结合，描绘出了地球内部的新图景。夹在火星的液态铁合金核心和固态硅酸盐地幔之间的是一层约150公里厚的液态硅酸盐(岩浆)。“地球上没有这样的完全熔融的硅酸盐层，”汗说。
这一发现现已发表在科学杂志《自然》上，同时由巴黎地球物理研究所亨利·塞缪尔领导的一项研究使用互补方法得出了类似的结论，也提供了有关火星核心的大小和成分的新信息，解决了迄今为止，研究人员仍无法解释这个谜团。
对最初观察到的火星的分析表明，火星核心的平均密度必须明显低于纯液态铁的平均密度。例如，地核的重量百分比约为 90% 是铁。硫、碳、氧和氢等轻元素总共占重量的 10% 左右。对火星核心密度的初步估计表明，它由更大比例的轻元素组成——按重量计约占 20%。“这代表了轻元素的大量补充，几乎是不可能的。从那时起我们就一直对这个结果感到好奇。”苏黎世联邦理工学院地球科学系博士后研究员黄东阳说道。
轻元素较少
新的观测结果表明，火星核心的半径已从最初确定的1800-1850公里范围缩小到1650-1700公里范围内，约为火星半径的50%。如果火星核心比之前想象的要小，但质量相同，那么它的密度就会更大，因此含有更少的轻元素。根据新的计算，轻元素的比例按重量计下降至 9% 至 14%。苏黎世联邦理工学院地球科学系助理教授、国家自然科学中心成员保罗·索西 (Paolo Sossi) 表示：“这意味着火星核心的平均密度仍然较低，但在典型的行星形成情景中不再难以解释。”研究能力中心 (NCCR) PlanetS。火星核心含有大量轻元素的事实表明，它一定很早就形成了，可能是在太阳还被星云气体包围时，而轻元素可能在火星核心中积累。
最初的计算是基于洞察号着陆器附近发生的。然而，2021 年 8 月和 9 月，仪记录到火星另一侧发生了两次。其中之一是由陨石撞击造成的。“这些产生的波穿过地核，”苏黎世联邦理工学院地球科学系博士生塞西莉亚·杜兰解释道。“这使我们能够照亮核心。” 相比之下，在早期的火星中，波在地核-地幔边界处反射，没有提供有关星球最深处内部的信息。由于这些新的观测结果，研究人员现在已经能够确定深度约 1,000 公里的流体核心的密度和波速度。
超级计算机模拟
为了从这些剖面推断材料的成分，研究人员通常将数据与含有不同比例的轻元素(S、C、O 和 H)的合成铁合金的数据进行比较。在实验室中，这些合金暴露在相当于火星内部的高温和压力下，使研究人员能够直接测量密度和波速度。然而，目前大多数实验都是在地球内部的普遍条件下进行的，因此并不立即适用于火星。因此，苏黎世联邦理工学院的研究人员采取了不同的方法。他们使用量子力学计算计算了多种合金的性能，这些计算是在瑞士卢加诺的瑞士国家超级计算中心 (CSCS) 进行的。
当研究人员将计算出的剖面与基于 InSight 数据的测量结果进行比较时，他们遇到了一个问题。事实证明，没有铁-轻元素合金能够同时匹配火星核心顶部和中心的数据。例如，在地核-地幔边界处，铁合金必须含有比地核内部更多的碳。“我们花了一段时间才意识到，我们之前认为是液态铁外核的区域毕竟不是地核，而是地幔的最深处，”黄解释道。为了支持这一点，研究人员还发现，在地核最外层 150 公里处测量和计算的密度和波速度与液态硅酸盐的密度和波速度一致——液态硅酸盐与构成火星地幔的固态材料相同。 。
对早期火星的进一步分析和额外的计算机模拟证实了这一结果。唯一遗憾的是，布满灰尘的太阳能电池板以及由此导致的电力不足，使得洞察号着陆器无法提供更多数据，而这些数据本可以更多地了解火星内部的组成和结构。“然而，洞察号是一项非常成功的任务，它为我们提供了大量新数据和见解，这些数据和见解将在未来几年进行分析，”汗说。
版权声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！