美国宇航局“洞察”号火星着陆器检测到了300多场“火星震”

来源：Nature自然科研

美国宇航局的“洞察”号火星着陆器目前已检测到了300多场“火星震”（Marsquakes），并追踪到了其中一些地震的震源信息。（注：本文英文原文首发发于2019年圣诞节前夕，文中数据非最新）

加州旧金山

火星上的地震来得又快又猛。在位于火星赤道附近的着陆点，美国宇航局的“洞察”号每天大约可以探测到两次地震，而且探测到地震的频率还在上升。

“洞察”号火星着陆器的地震仪有三个非常灵敏的传感器，为了防风，它们被放置在一个圆顶结构内。图片来源：NASA/JPL-Caltech。

“我们探测到了很多场地震。”Bruce Banerdt说，他是位于加州的喷气推进实验室的一名地球物理学家，也是“洞察”号的首席研究员。2019年12月12日，Banerdt在旧金山美国地球物理联合会的一场会议上，报告了他们的发现。

自从一年多前抵达火星以来，“洞察”号已经探测到了322场火星地震。这是人类首次在火星上探测到地震，也是第一次在地球和月球以外的天体上探测到地震。科学家们的目标是利用地震来探索火星的内部结构，包括破解火星内部的地壳、地幔和地核等地层。

大多数火星地震都非常轻微，程度要比地球上的任何一场地震都轻得多。但是也有一两场地震震级较高，达到了将近4级，这样的震级足以让科学家们找出地震的震源所在。

其中最大的两场地震来自科柏洛斯槽沟（Cerberus Fossae）——位于“洞察”号以东约1600公里，地质活动十分活跃。引起这两场地震的原因可能是，应力在火星地壳内沿地质断层不断积聚，然后以火星地震的形式释放了出来。

这次任务的其他初步发现还包括，每天晚上在午夜前后，着陆器下方会传来神秘的磁脉冲。不过，“洞察”号的主要目标之一，是将温度探测器钻入火星地下5米，但很遗憾的是，这一目标至今无法达成。这个被称为“鼹鼠”的探测器在土壤中遇到的摩擦力超出了科学家的预期。19年10月，它甚至意外地从洞里退了出来。

追踪轻微地震

迄今为止，最大的发现来自于不断增多的火星地震记录。当夜幕降临，白天里呼啸的狂风逐渐平息，“洞察”号高度灵敏的地震仪搜寻着地震的踪迹。

火星地震分为两种。最常见的是高频地震，较不常见的是低频地震。瑞士苏黎世联邦理工学院的地震学家Domenico Giardini说，高频地震可能来自于使火星浅层地壳破裂的震动，而低频地震可能是从火星内部更深的地幔传来的震动。

最大的两场地震发生在2019年5月和7月，都属于低频地震。研究团队的成员追踪到了地震能的来源：科柏洛斯槽沟。该地区是近期地质活动的中心，有在近一千万年内发生过移动的地质断层。

在“洞察”号发射之前，研究人员就预测其很可能会探测到来自科柏洛斯槽沟的地震。巴黎地球物理研究所的行星科学家Alice Jacob说，这里的断层边缘可以积聚应力。她领导的一项研究表明，这可能是“洞察”号所探测到的火星地震的来源。

Banerdt说，地震发生的频率在不断增加，从刚着陆时的零星几次，到现在的一天两次。“洞察”号科学家还不清楚其中的原因。

同样神秘的，是每天晚上出现的磁脉冲。“洞察”号用磁力计对磁脉冲进行了测量，这种磁脉冲可能与火星周围太空环境的某种变化有关。一种观点是，这种磁脉冲是由来自太阳风的带电粒子猛烈撞击火星磁场而产生的。

探测器问题

“洞察”号迄今为止最为戏剧性的问题出自于“鼹鼠”温度探测器。这个探测器最初按照计划在地面钻洞，但在去年十月份遭遇阻碍，突然弹出了洞口。

“洞察”号任务的工程师最初在设计“鼹鼠”时，预想的是它将在一种完全不同的土壤类型中进行作业。德国宇航局的太空科学家Tilman Spohn解释说，“鼹鼠”探测器专为无粘性土壤而设计，在无粘性土壤中，土壤颗粒之间几乎没有摩擦，就像是一大罐砂糖一样。但是“洞察”号的着陆地点却是粘性土壤，土壤颗粒紧紧粘结在一起，更像是一大团面。

当“鼹鼠”开始钻洞时，周围的土壤逐渐形成了一个坑。而“鼹鼠”无法克服坑壁上的摩擦力，因此不能继续向地下前进。Spohn说，他和他的同事们在关于粘性土壤的实验室实验中遇到了这种情况，但是他们以为“洞察”号的着陆点会是无粘性的土壤，因为其他火星着陆点的土壤状况都是如此。

喷气推进实验室的行星学家Mathew Golombek说，“洞察”号似乎不幸地落在了硬壳层——致密、坚硬，由土壤压实而成。这里的硬壳层，不论是硬度还是厚度，都超出了预期。

为了解决这个问题，“洞察”号任务的工程师们一直在尝试用着陆器的机械臂将“鼹鼠”固定在坑边，以便为它提供更多的摩擦力，以继续前进。目前“鼹鼠”探测器已经开始再一次钻探——缓慢而小心。

“到圣诞节的时候，也许我们收到的礼物是，我们又重新回到了起点，”Spohn说，“但就目前的情况看来，这已经是非常非常不错了。”