科学家们首次观察到了穿越火星核心的地震波，并证实了对火星核心成分的模型预测。一个国际研究小组--其中包括马里兰大学的地震学家--利用美国宇航局InSight登陆器获得的地震数据直接测量火星核心的属性，发现一个完全液态的铁合金核心，其中硫和氧的比例很高。
这些发现于2023年4月24日发表在《美国国家科学院院刊》上，揭示了关于火星如何形成以及地球和火星之间地质差异的新见解，这些差异最终可能在维持行星的可居住性方面发挥作用。
"1906年，科学家们通过观察地震产生的地震波是如何穿越地球核心的，首次发现了地球核心，"该论文的第二作者、UMD地质学副教授Vedran Lekic说。"一百多年后，我们将地震波的知识应用于火星。通过InSight，我们终于发现了火星的中心是什么，是什么让火星与地球如此相似却又如此不同。"
为了确定这些差异，研究小组跟踪了火星上两个遥远的地震事件的进展，一个是由火星地震引起的，另一个是由大型撞击引起的，并探测到了穿越该星球核心的波。通过比较这些波穿过火星的时间与停留在地幔中的波的时间，并将这一信息与其他地震和地球物理测量相结合，研究小组估计了这些波穿过的材料的密度和可压缩性。研究人员的结果表明，火星很可能有一个完全液态的核心，与地球的液态外核和固态内核的组合不同。
艺术家对火星内部和地震波穿越地球核心时的路径的描述。图片来源：NASA/JPL和Nicholas Schmerr提供。
此外，研究小组还推断出了关于火星核心化学成分的细节，例如在火星最内层存在的令人惊讶的大量轻元素（原子序数低的元素）--即硫和氧。研究小组的发现表明，火星核心的五分之一的重量是由这些元素构成的。这一高比例与地球核心中相对较少的轻质元素的重量比例截然不同，表明火星核心的密度远低于地球核心，可压缩性更高，这一差异表明这两颗行星的形成条件不同。
"你可以这样想，一个行星的核心的属性可以作为关于该行星如何形成以及如何随时间动态演变的总结。形成和演化过程的最终结果可以是产生或没有维持生命的条件，"UMD地质学副教授尼古拉斯-施默尔解释说，他是该论文的另一位共同作者。"地球核心的独特性使它能够产生一个磁场，保护我们免受太阳风的影响，使我们能够保持水。火星的核心没有产生这种保护罩，因此该星球的表面条件对生命是不利的。"
尽管火星目前没有磁场，但科学家们假设，由于火星地壳中残留的磁力痕迹，曾经有一个类似于地球核心产生的磁场的屏蔽。Lekic和Schmerr指出，这可能意味着火星逐渐演变到目前的状况，从一个有可能适合居住的环境的星球变成了一个令人难以置信的糟糕环境。研究人员表示，内部的条件在这一演变过程中发挥了关键作用，外部天体撞击也可能是如此。
Lekic说："在某些方面，这就像一个难题。例如，在火星的核心有少量的氢的痕迹。这意味着必须有一定的条件使氢气存在，我们必须了解这些条件，以了解火星如何演变成今天的星球。"
该团队的发现最终证实了目前旨在揭开隐藏在行星表面下的层的建模估计的准确性。对于像Lekic和Schmerr这样的地球物理学家来说，像这样的研究也在为未来以地球物理学为导向的对其他天体的考察铺平道路，包括像金星和水星这样的行星。
"这是一项巨大的努力，涉及到在地球上磨练出来的最先进的地震学技术，结合矿物物理学家的新成果以及模拟行星内部如何随时间变化的团队成员的见解，"布里斯托尔大学的高级讲师和该研究的第一作者杰西卡-欧文指出。"但是这项工作得到了回报，我们现在对火星核心内部发生的事情有了更多的了解。"
"即使InSight任务在经过四年的地震监测后于2022年12月结束，我们仍然在分析收集到的数据，"Lekic说。"InSight将继续影响我们对火星和其他行星的形成和演变的理解，在未来的几年里。