如果把火星地震「挪到」地球上，會有怎樣的震感？
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這幅藝術概念圖對火星地震波進行了模擬：當地震波穿過火星不同的內部殼層時，它會是什麼樣子。
圖片來源：NASA、JPL-加州理工學院、蘇黎世聯邦理工學院、馬丁?范德里埃爾（Martin Van Driel）
在最近的一系列地震發生後，整個南加州的居民都感受到了地動山搖。但是，在我們的太陽系之中，地球並不是唯一會經歷地震的星球：月球和火星都會發生地震。50年前，在阿波羅11號（Apollo 11）任務期間，美國航空航天局（NASA）在月球上部署了第一台地震儀；而就在去年年末，NASA的洞察號火星探測器（Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport，InSight）則給火星帶去了第一台地震儀，它被稱為內部結構地震測量儀（Seismic Experiment for Interior Structure，SEIS）。
4個月前，法國國家空間研究中心（Centre National d"études Spatiales，CNES）宣布洞察號首次在火星上檢測到了微弱的地震信號，明顯的「火震」（Marsquake）信號發生在4月6日。SEIS地震儀由CNES提供，洞察號火星任務的「火震」服務（Marsquake Service）由瑞士研究型大學蘇黎世聯邦理工學院（Eidgen?ssische Technische Hochschule Zürich，ETH Zurich）主導，負責監測SEIS的數據。
阿波羅11號的宇航員在月球表面部署了第一台地震計的五十年後，NASA的洞察號向地球傳回的火星地震實驗數據為研究人員提供了非常難得的機會，讓他們能將月球和地球上的地震與「火震」進行比較。位於瑞士蘇黎世聯邦理工學院的「火震」服務（Marsquake Service，MQS）中心負責監測火星上的日常地震活動，大約每天兩次，就會有由10名地震學家組成的國際團隊對火星的地震數據進行表徵和分析。
地震波穿過的材料不同，地震的表象和震感就會不同。穿過地球內部的地震波能持續十多秒到幾分鐘的時間，而在月球上，地震可以持續一個多小時甚至更長的時間。地震波的信號範圍與探測距離以及地質結構密切相關，在一個新的視頻中，利用阿波羅時代在月球上留下的地震儀所記載的數據、SEIS在火星上監測到的首批地震的頭兩次，以及在我們的地球上記錄到的地震數據，蘇黎世聯邦理工學院的科學家將地震波的不同表現進行了可視化證明。
在地震模擬器，也就是「搖動室」（shake room）中，科學家運行了來自不同星球世界的這些數據，他們可以親身體驗到這些地震的不同之處。火星上的微震（tremor）平靜而遙遠，SEIS上的地震計非常靈敏，能夠迅速感知到這些微弱的信號，但它們卻很難被人體感受到，為了讓震感與同樣放大後的「月震」（moonquake）以及未經放大的地震處於相似的人體感受程度，研究人員不得不將「火震」信號放大了1000萬倍。
「我們目前正在觀察火星上的兩波地震，」西蒙?施特勒爾（Simon St?hler）博士說道，「第一波地震是一場高頻事件，比我們想像中的更像『月震』。第二波地震的頻率則要低得多，我們認為這可能是距離不同的原因：較低頻率的地震可能發生在離地震計更遠的地方。與地球上地震的持續時間相比，這兩次火星地震的持續時間都更長。」
約翰?柯林頓、西蒙?施特勒爾、馬丁?范德里埃爾（Martin Van Driel）和馬倫?伯澤（Maren B?se）在地震模擬器中展示了「火震」與地震和「月震」的不同之處。
視頻來源：蘇黎世聯邦理工學院
如果比較地球和月球的表面，你可能會驚訝地發現：地球的地殼比月球的地殼更為均勻。因為幾十億年以來，不計其數的隕石撞擊破壞了月球殼層，而月球上沒有任何演化過程能將岩石「燒結」成一個整體；相比之下，地球上的火山活動、地熱升溫、板塊構造，以及水和風的侵蝕會將岩石碎片融合在一起，共同形成一個相對完整的層狀地殼，這些過程能讓隕石撞擊的痕迹迅速消失。
「異質的月球外殼會散射地震波，就像人們在崎嶇的山地地形中大聲呼喚時可能會聽到回聲一樣，」蘇黎世聯邦理工學院MQS中心的負責人約翰?柯林頓（John Clinton）博士解釋說。相比之下，地球的地殼和地幔對地震波來說如同透明，就像廣闊無阻的空間之於聲波。地球上的地震感測器能夠乾淨利索地「聽到」地震信號；但在月球上，地震探測儀會檢測到多餘的「回聲」信號，它們會使「月震」信號失真，甚至很難確定信號的起始位置。
雖然地震研究在火星上仍然處於起步階段，但是「火震」的形態似乎就介於「月震」和地震之間。研究人員已然探測到了火星上的第一個地震信號，但隨後的「火震」信號伴隨著比他們預期中更多的回波信號。火星上地震信號的持續時間可以達到大約10到20分鐘；科學家還不清楚火星地殼的裂縫部分是否就像月球上的一樣，只有幾千米的深度，又或者比月球上的更淺。
關於洞察者號
洞察者號火星探測器由噴氣推進實驗室 （Jet Propulsion Laboratory，JPL）為NASA的科學任務理事會（Science Mission Directorate）負責管理。洞察者號是NASA發現計劃（Discovery Program）的一部分，由NASA位於阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）負責管理。洞察者號探測器由位於丹佛的洛克希德?馬丁太空公司（Lockheed Martin Space）製造，包括探測器的巡航段（cruise stage）和著陸器（lander），該公司還為飛行任務提供了支持。
包括法國國家空間中心（CNES）和德國航空航天中心（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt，DLR）在內的許多歐洲合作夥伴正在為洞察者號火星任務提供支持。CNES向NASA提供了內部結構地震測量儀（SEIS），主要研究人員來自巴黎地球物理學院（Institut de Physique du Globe de Paris，IPGP）。對SEIS的重大貢獻來自IPGP、德國馬克斯普朗克太陽系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research，MPS）、瑞士聯邦理工學院（Swiss Federal Institute of Technology，即蘇黎世聯邦理工學院，ETH Zurich）、倫敦帝國理工學院（Imperial College London），以及英國牛津大學（Oxford University）和JPL。DLR提供了熱流和物理特性探測儀（Heat Flow and Physical Properties Package，HP3），波蘭科學院（Polish Academy of Sciences）的空間研究中心（Space Research Center，CBK）和波蘭的Astronika公司則為此作出了重要的貢獻。溫度和風力感測器由西班牙天體生物學中心（Centro de Astrobiología，CAB）提供。
參考：
[1]https://www.nasa.gov/feature/jpl/what-does-a-marsquake-look-like
[2] https://phys.org/news/2019-07-marsquakes.html
來源：NASA愛好者
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