借助火星地震破解火星核之谜

铁是地核中的主要元素，那么火星核的情况怎样？

初始估计值不准确

以往的探测发现，火星核基本上也由液态铁合金构成。科学家对火星核密度的初始估计值表明，火星核中的轻元素比例大约为20%。但这个比例高得实在太离谱，因为真有这么高的话，火星核的密度就太低了。科学家对此很疑惑。

这些初始估计值是基于在洞察号火星车（以下简称洞察号）附近发生的地震。这些地震的地震波反射自火星核一火星地幔的交界处，因此无法反映火星最深处——火星核的情况，所以初始估计值并不准确。

超级计算机模拟

为了推测如此深度的地质情况，科学家通常需要比较对包含不同比例轻元素的合成铁合金的实验数据。在实验室里，这些合金被施加与火星内部相仿的高温和高压，这让科学家能直接测量合金密度和地震波速度。然而，目前这方面的大部分研究针对的都是地球内部的情况，对研究火星并不太适用。因此，在最近的新研究中，科学家还采用了一种新方法——运用特殊算法进行超级计算机模拟，算出了一系列合金的相关数据。

2021年8月和9月，洞察号的地震仪记录到了发生在火星另一侧的两次地震，其中有一次由流星撞击火星造成。这两次地震所产生的地震波一直到达了火星核。根据洞察号的这些新观测结果，科学家现在得以确定火星地面下深达1000千米处的密度和地震波速度。

当科学家把算出的数据与洞察号测得的地震波数据进行比较时，却遇到了一个问题：实验用的所有合金的组成，与采用洞察号探测数据算出的火星核顶层及火星核中心的合金的组成都不能完全匹配。这是怎么回事？

竟然是一个夹层在作怪

经过检查科学家才意识到，他们之前认为是液态火星核最外层的部分其实根本就不属于火星核，而是属于火星地幔的最底层。科学家还发现，如果火星核由液态硅酸盐组成，那么他们对火星核最外层150千米的密度和地震波的计算值就与洞察号的测量值吻合。问题是，虽然火星地幔是由固体硅酸盐构成的，但火星核绝不是由液态硅酸盐构成的。这就意味着，在火星的液态铁合金核与固态的硅酸盐地幔之间，还夹着一个厚度为150千米的液态硅酸盐层。对早期探测到的火星地震情况的进一步分析，再加上更进一步的超级电脑模拟，证实了火星的这个岩浆层。

火星核平均密度为何偏低

新研究表明，虽然之前估计的火星核半径为1800～1850千米，但其实应减掉在之前估计中包含进去的150千米厚的岩浆层，即火星核半径实际为1650～1700千米，约为火星半径的一半。虽然这个值小于之前的估计值，但因为质量不变，所以可判定火星核密度比之前的估计值大，也就是火星核包含的轻元素没有那么多。根据新的计算，火星核中的轻元素比例在9% -14%之间。

这个新结果意味着，火星核的平均密度仍然偏低，但并未偏离典型的恒星形成理论。虽然火星核中轻元素比例的上限从20%降到了14%，但仍比地球核的高。科学家说，这可能是因为火星是在很早期就形成的，当时太阳仍被由轻元素构成的星云气体环绕，这些轻元素很可能聚集到了火星核中。

被迫停工的洞察号

洞察号火星车于2018年5月5日发射，同年11月2 6日抵达火星。洞察号在火星表面运作了4年，于2022年12月终止任务，原因是火星沙尘遮住了洞察号的太阳能电池板，洞察号因为缺电而无法再运作。不过，洞察号传回地球的大量探测数据，依然可供科学家再分析多年。