科學家通過分析火星地震來確定火星地殼的結構

根據對美國宇航局InSight（洞察號）任務所記錄的火星地震的分析，火星地殼的結構現在首次被精確確定。 在InSight着陸點下面，地殼大約有20或39公里厚。這是科隆大學地質和礦物學研究所的地球物理學家Brigitte Knapmeyer-Endrun博士和加州理工學院（Caltech）噴氣推進實驗室的Mark Panning博士領導的國際研究小組的成果。

InSight是 “利用地震調查、大地測量學和熱傳輸進行內部探索 “的縮寫。美國宇航局的這個登陸器於2018年11月26日登陸火星，探索紅色星球的地殼、地幔和核心。2021年7月23日，《科學》雜誌發表了《從InSight地震數據看火星地殼的厚度和結構》這篇論文。

在過去，只能估計火星的厚度的相對差異，需要額外的假設來獲得絕對厚度。因此，得出的絕對值顯示出很大的分散性，這取決於做出哪些假設。現在，地震學用在着陸點的直接測量取代了這些假設，從而校準了整個星球的地殼厚度。這個獨立的數據點還可以估計出地殼的密度。

“地震學能測量的主要是速度對比。這些是地震波在不同材料中的傳播速度的差異，“該論文的主要作者Knapmeyer-Endrun説。“與光學非常相似，我們可以觀察到反射和折射等現象。關於地殼，我們還得益於地殼和地幔是由不同的岩石組成的，它們之間有強烈的速度跳躍。基於這些跳躍，地殼的結構可以被非常精確地確定。”

數據顯示，在InSight的着陸點，頂層大約有8（+/-2）公里厚。在這之下，另一層有大約20（+/-5）公里。“有可能地幔從這一層下面開始，這將表明地殼薄得驚人，即使與地球上的大陸地殼相比也是如此。例如，在科隆下面，地球的地殼大約有30公里厚，”Knapmeyer-Endrun解釋説。“然而，火星上可能有第三個地殼層，這將使着陸點下的火星地殼大約有39（+/-8）公里厚。這將與以前的發現更加一致，但是這一層的信號並不是與現有數據相匹配的關鍵。然而，在這兩種情況下，我們可以排除整個地殼是由從地表測量和火星隕石中已知的相同材料構成的可能性。相反，這些數據表明，最上層是由一種意外的多孔岩石組成的。另外，在比表面看到的玄武岩更深的地方可能有其他岩石類型。”

在InSight着陸點對地殼厚度的單一獨立測量，足以繪製整個地球的地殼圖。圍繞火星運行的衞星的測量提供了一個非常清晰的行星重力場圖，使科學家們能夠將地殼厚度的相對差異與在着陸點進行的測量進行比較。這些數據的組合提供了一個精確的地圖。

火星的地殼厚度特別有趣，因為地殼在早期形成階段由熔融地幔的殘餘物形成。因此，關於其現今結構的數據也可以提供關於火星如何演變的信息。此外，對火星演化的更精確的理解有助於破譯太陽系早期的分化過程是如何展開的，以及為什麼火星、地球和其他行星今天會如此不同。