科学家通过分析火星地震首次精确确定火星地壳的结构

根据对美国宇航局InSight(洞察号)任务所记录的火星地震的分析，火星地壳的结构现在首次被精确确定。在InSight着陆点下面，地壳大约有20或39公里厚。这是科隆大学地质和矿物学研究所的地球物理学家Brigitte Knapmeyer-Endrun博士和加州理工学院(Caltech)喷气推进实验室的Mark Panning博士领导的国际研究小组的成果。

InSight是 "利用地震调查、大地测量学和热传输进行内部探索 "的缩写。美国宇航局的这个登陆器于2018年11月26日登陆火星，探索红色星球的地壳、地幔和核心。2021年7月23日，《科学》杂志发表了《从InSight地震数据看火星地壳的厚度和结构》这篇论文。

在过去，只能估计火星的厚度的相对差异，需要额外的假设来获得绝对厚度。因此，得出的绝对值显示出很大的分散性，这取决于做出哪些假设。现在，地震学用在着陆点的直接测量取代了这些假设，从而校准了整个星球的地壳厚度。这个独立的数据点还可以估计出地壳的密度。

“地震学能测量的主要是速度对比。这些是地震波在不同材料中的传播速度的差异，"该论文的主要作者Knapmeyer-Endrun说。"与光学非常相似，我们可以观察到反射和折射等现象。关于地壳，我们还得益于地壳和地幔是由不同的岩石组成的，它们之间有强烈的速度跳跃。基于这些跳跃，地壳的结构可以被非常精确地确定。”

数据显示，在InSight的着陆点，顶层大约有8(+/-2)公里厚。在这之下，另一层有大约20(+/-5)公里。“有可能地幔从这一层下面开始，这将表明地壳薄得惊人，即使与地球上的大陆地壳相比也是如此。例如，在科隆下面，地球的地壳大约有30公里厚，”Knapmeyer-Endrun解释说。“然而，火星上可能有第三个地壳层，这将使着陆点下的火星地壳大约有39(+/-8)公里厚。这将与以前的发现更加一致，但是这一层的信号并不是与现有数据相匹配的关键。然而，在这两种情况下，我们可以排除整个地壳是由从地表测量和火星陨石中已知的相同材料构成的可能性。相反，这些数据表明，最上层是由一种意外的多孔岩石组成的。另外，在比表面看到的玄武岩更深的地方可能有其他岩石类型。”

在InSight着陆点对地壳厚度的单一独立测量，足以绘制整个地球的地壳图。围绕火星运行的卫星的测量提供了一个非常清晰的行星重力场图，使科学家们能够将地壳厚度的相对差异与在着陆点进行的测量进行比较。这些数据的组合提供了一个精确的地图。

火星的地壳厚度特别有趣，因为地壳在早期形成阶段由熔融地幔的残余物形成。因此，关于其现今结构的数据也可以提供关于火星如何演变的信息。此外，对火星演化的更精确的理解有助于破译太阳系早期的分化过程是如何展开的，以及为什么火星、地球和其他行星今天会如此不同。