NASA“洞察號”探測器利用地震數據揭示火星地表下存在淺的沉積層

在火星第二大火山區Elysium Planitia收集的地震數據表明，在該星球表面下的熔岩流之間存在着一個淺的沉積層。 這些發現是在NASA的“洞察號”（InSight）任務（利用地震調查、大地測量和熱能傳輸進行的內部探索）框架內獲得的，包括科隆大學科學家在內的幾個國際研究團隊進行了合作。相關論文於11月23日發表在《自然-通訊》雜誌上。

蘇黎世聯邦理工學院的地球物理學家Cédric Schmelzbach博士及其同事，包括地震專家Brigitte Knapmeyer-Endrun博士和科隆大學本斯堡地震觀測站的博士研究員Sebastian Carrasco（碩士），利用地震數據分析了Elysium Planitia地區的構成。作者檢查了淺層地下到200米左右的深度。就在地表之下，他們發現在15米厚的粗塊狀噴出物（在隕石撞擊後被噴出並落回地表的岩石塊）之上，有一個以沙質材料為主的再生石層，大約有3米厚。

在這些頂層下面，他們發現了大約150米的玄武岩，即冷卻和凝固的熔岩流，這與預期的地表下結構基本一致。然而，在這些熔岩流之間，從大約30米的深度開始，作者又發現了一個厚達30到40米的層，地震速度很低，這表明相對於較強的玄武岩層，它含有較弱的沉積物質。

為了確定較淺的熔岩流的日期，作者使用了現有文獻中的隕石坑數據。關於隕石撞擊率的既定知識使地質學家能夠確定岩石的日期：有許多隕石撞擊坑的表面比有較少撞擊坑的表面要老。另外，直徑較大的隕石坑會延伸到下層，使科學家能夠確定深層岩石的日期，而較小的隕石坑則使他們能夠確定淺層岩石的日期。

他們發現，較淺的熔岩流大約有17億年的歷史，形成於亞馬遜紀--火星上的一個地質時代，其特點是隕石和小行星撞擊率低，以及寒冷、超乾旱的條件，始於大約30億年前。相比之下，沉積物下面更深的玄武岩層形成的時間要早得多，大約36億年前的西方紀，該時期的特點是廣泛的火山活動。

作者提出，具有低火山速度的中間層可能是由夾在西方紀和亞馬遜紀玄武岩之間的沉積物組成，或者是在亞馬遜紀玄武岩本身之內。這些結果提供了第一次機會，將淺層地下的地震地面實測數據與先前基於軌道地質測繪的預測進行比較。在登陸之前，Knapmeyer-Endrun博士已經根據地面類似物建立了“洞察號”登陸點淺層地下的速度結構模型。現在的實際測量結果表明有更多的分層以及更多的多孔性岩石。

Knapmeyer-Endrun説：“雖然這些結果有助於更好地瞭解Elysium Planitia的地質過程，但與登陸前的模型進行比較對未來的登陸任務也很有價值，因為它可以幫助完善預測。對淺層地下的特性的瞭解是必要的，例如，評估其承載能力和漫遊車的可通行性。此外，淺層地下的分層細節有助於瞭解哪裏可能仍然含有地下水或冰。在科隆大學的博士研究框架內，Sebastian Carrasco將繼續分析Elysium Planitia的淺層結構對火星地震記錄的影響。”

“洞察號”登陸器於2018年11月26日抵達火星，在Elysium Planitia地區着陸。火星一直是眾多行星科學任務的目標，但“洞察號”任務是第一個使用地震方法專門測量地表下層的任務。