中國科大首次證實發現火星存在固態內核

【環球網科技綜合報道】9月4日消息，中國科學技術大學今日宣佈，該校孫道遠教授、毛竹教授團隊聯合國外學者，通過深入分析美國國家航空航天局洞察號（InSight）探測器記錄的火震數據，在行星科學研究領域取得重大突破性進展——首次確證火星內部存在一個半徑約600千米的固態內核，並揭示其主要成分為富含輕元素的結晶鐵鎳合金。9月3日（北京時間），這項重要成果發表於國際頂級學術期刊《自然》，並被選為該期刊新聞稿，標誌着我國在行星內部結構探測領域邁出關鍵一步。

火星作為太陽系內與地球環境最為相似的類地行星，一直是人類探索行星內部結構與演化的重要對象，也是深空探測的核心目標之一。然而，對行星深部結構的探測向來充滿挑戰。以地球為例，科學家1936年才通過地震波首次推測內核存在，徹底確認固態內核則耗時近半個世紀，直至20世紀80年代才完成。對於火星，其內部結構探索難度更大，2018年人類才首次獲得火星震直接觀測數據。儘管目前已記錄上千次火震數據，但信號微弱、噪聲干擾等問題，仍嚴重限制着對火星深部結構的深入研究。

面對這一科研難題，研究團隊創新引入火震陣列分析方法，對23個信噪比較高的火震事件數據展開細緻分析，成功提取出穿過火星核的關鍵震相，包括在地表反射的PKPPKP（P＇P＇）震相以及在核幔邊界反射的PKKP震相。研究中一個關鍵發現是，實際觀測到的PKKP震相到時，比當前僅考慮液態核的火星速度模型預測結果提前了50至200秒。由於地震波在固體中的傳播速度快於液體，這一差異清晰表明火星核具有分層結構：外層為液態核，更深部則存在一個波速更高的固態內核。

更具説服力的是，研究團隊首次在火震數據中識別出被視為“固態內核標誌”的PKiKP震相信號，為火星存在固態內核提供了直接且有力的證據。結合不同火核震相數據，團隊精確測得火星固態內核半徑約600公里，佔火星半徑的1/5。若將火星按比例放大至地球大小，其內外核結構比例與地球高度接近。

進一步研究顯示，火星外核與內核之間存在約30%的波速跳變和約7%的密度差異。基於這一數據，團隊對內核礦物組成展開分析，發現火星核並非純鐵鎳構成，還包含12%—16%的硫、6.7%—9.0%的氧以及不超過3.8%的碳。這種含有輕元素的星核結構，不僅為解開火星磁場從早期活躍到如今沉寂的演化謎題提供了重要線索，也為對比地球與其他類地行星的內部演化差異奠定了關鍵基礎。

此次研究成果具有多重重要意義：在科學認知層面，首次在地球以外的行星中確認固態內核存在，證實火星與地球相似的核幔分異結構，深化了人類對類地行星內部結構的理解；在技術方法層面，研究團隊創新發展的火星地震學方法，為未來探月等任務中利用地震學探測月球等星體深部結構提供了重要參考；在科研實力層面，彰顯了我國在行星科學與地球物理交叉研究領域的創新能力與國際影響力。（純鈞）