聽地震探火星 美「洞察力號」旨在勘測行星深部

在今年11月著陸後，「洞察力號」將在火星表面部署兩個探測器。圖片來源：LOCKHEED MARTIN

美國宇航局（NASA）已經發射了軌道飛行器和探測器研究火星的大氣層及地表。現在，該機構下一個火星任務將著眼於揭曉其中的謎團。一個斥資8.14億美元的「洞察力號」著陸器將於5月發射，它攜帶了3種能探測火星地殼的儀器，其中包括能探測到「火星震」的地震檢波器。

「洞察力號」首席研究員、加州帕薩迪納噴氣推進實驗室（JPL）地球物理學家Bruce Banerdt和同事，希望通過測量火星地殼、地幔和地核的厚度和構成，為弄清火星磁場的消失方式提供線索，以及它是否有過板塊構造。

該任務由於技術問題擱淺了兩年時間，現計劃2018 年發射升空。「與兩年前相比，我們現在的技術要好得多。」負責該項目地震學設備的法國巴黎第七大學行星地震學家Philippe Lognonn說。

「洞察力號」標誌著NASA在40年後重返行星地震學。阿波羅號宇航員部署了5個地震檢波器，探測到月震——這些震動幫助確定了月球的核心。火星上的兩個「海盜號」著陸器都攜帶著地震檢波器，但其中一個失敗了，另一個沒有發出任何可靠的信號。

從那以後，在火星部署多個震動監測站的計劃均以失敗告終。但地球物理學家一直未放棄推動相關工作。「我總是在各種會議上呼籲人們重視該領域。有時我認為他們選擇了我的項目只是為了讓我閉嘴。」Banerdt說。

由JPL、洛克希德·馬丁公司和歐洲合作夥伴共同開發的「洞察力號」是在與2008年的「鳳凰號」著陸器相同的平台上建造的。與其「前輩」一樣，「洞察力號」將使用降落傘和反向火箭降落在火星表面。目標著陸點是火星赤道附近光滑的熔岩平原——這裡也許是「地質學角度上火星最無聊的地方」，Banerdt說。

「洞察力號」可能在火星的任何位置開始工作，因此研究人員選擇了一個風險和障礙最小的著陸地點，而且，降落在赤道附近，將有充足的陽光灑在著陸器的太陽能電池板上。在11月下旬「洞察力號」著陸後，它的機械手臂將部署一個排球大小的地震檢波器和一個熱探測器，並鑽探火星表面以下大約5 米，勘測來自火星內部的能量。

這個熱探測器將測量從火星上逃離熱量的數量和速度——這暗藏其歷史的線索。通過分析到達地球的火星隕石碎片，研究人員對火星地幔成分有了一定了解。結合「洞察力號」探測到的熱量梯度和內部規模，科學家能估算火星內熱有多少來自內部放射性元素。而剩下的則是火星形成時原始能量殘留。

根據這兩個熱源的衰減速度，研究人員可以估算出火星火山最活躍時期的時間。俄亥俄州凱斯西儲大學行星科學家Steven Hauck說：「行星的進化完全是由熱量向太空轉移的方式驅動的。」

從地球發射到「洞察力號」接收器的無線電波中微小的多普勒頻移，將揭示火星內部的其他細節。這些信號將追蹤火星在自轉時的擺動，這反映了其地核和地幔的內部拉扯。比利時皇家天文台地球物理學家Veronique Dehant說，就像生雞蛋與熟雞蛋不同，火星的擺動應該暗示著其地核的大小、密度，以及是否部分為熔融狀態。

這些信息反過來又能解釋地核的成分，以及它是否在冷卻的過程中結晶。日本東京理工大學地球生命科學研究所地球物理學家George Helffrich表示，最終，這些研究結果將改善這顆星球失去其核心曾經產生的磁場的模型。「火星的核心可以代表地球未來的樣子。」他說。

第三組線索將來自於火星震。因為火星上沒有地球上的構造板塊，它的震動頻率可能比地震低100倍。在兩年任務期內，「我們可能會看到5到10次震動。」Banerdt說，「或者可以看到1000次。」

了解火星內部是行星科學家幾十年來一直為之努力的目標。NASA於2015年12月取消了「洞察力號」著陸火星探測器發射。原因是由法國國家太空研究中心（CNES）負責研製的地震檢波器靈敏度極高，能夠檢測小至原子尺度的地面運動。為避免受火星惡劣環境的影響，該儀器的3個主感測器必須真空密封，但測試發現其密封不嚴。因此，JPL將負責為這台地震檢波器製造一個新的真空外殼，然後交由CNES進行整合與測試。（唐一塵編譯）

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