洞察号在火星表面的探索

洞察号着陆器已经在火星上收集了 1000 天的数据，努力让我们更好地了解这颗行星的内部。它位于Elysium Planitia，火星上第二大火山区。一篇新发表的基于着陆器地震数据的论文展示了地下的一些意想不到的东西：夹在熔岩流层之间的一层沉积物。

InSight 的大部分媒体报道都集中在着陆器的热流和物理特性包(HP 3 )，也称为鼹鼠。它的工作是测量从行星内部到地表的热量。在使仪器工作的史诗般的斗争之后，美国宇航局和 DLR（德国航空航天中心）于 2021 年 1 月宣布鼹鼠的任务在它开始之前就结束了。

但鼹鼠并不是洞察号的唯一仪器。它的另一个主要科学仪器被称为内部结构地震实验(SEIS)。SEIS 运行良好，已经提供了一些可靠的科学。这篇新论文基于来自 SEIS 的地震数据。

InSight Lander 的地震仪位于其防护风和隔热罩下方。

这篇新论文的标题是“来自环境振动反演的洞察号着陆点火星的浅层结构”。它发表在《自然通讯》杂志上，作者是一个国际科学家团队。

该团队使用来自 InSight 的 SEIS 着陆器的地震数据分析了Elysium Planitia深达 200 米的地下结构。在着陆器的正下方，他们发现了构成风化层的三米厚的沙质材料层。在它下面，有一层 15 米高的物质，被描述为粗糙的岩石喷射物。这种物质是陨石撞击的碎片，在落回火星之前被抛向空中。

然后就变得有趣了。

在喷射物层下方，洞察号发现了一个 150 米的区域，由凝固的熔岩制成的层状玄武岩材料。该层符合预期。但这块玄武岩之间却有些出乎意料。在 30 到 75 米之间，有一个“地震低速带”，研究小组将其解释为一层密度较低的沉积物质。

论文中的这张图显示了洞察号着陆器下的近地表区域。左边和中间的面板显示了不同的模型预测的内容。参考模型 1 和 2 是着陆前模型。ML 和 MAP 代表最大似然和最大后验模型，灰线是所有模型的集合。右边是作者对地震数据的解释。有关更多详细信息，请参阅研究。图片来源：Hobiger 等人 2021。

InSight 在探测火星更深的行星结构方面取得了进展，并研究了 10 到 20 米深的浅层地下。但它之前没有研究过最初的几十或几百米。这些数据有助于建立近地表区域的详细模型，这将有助于解释 Elysium Planitia 的形成。

InSight 的任务集中在火星的地下，因此它降落在 Elysium Planitia，那里相对平坦且毫无特色。将航天器降落在火星上并不容易，这使得它成为一个更安全的着陆点。尽管如此，着陆器仍靠近两个地区的边界：古老的南部布满陨石坑的高地和低矮的年轻、平坦的北部平原。

火星较年轻的北部平原与其古老的南部高地之间有着明显的区别。这种区别被称为火星二分法，它是地球上经久不衰的谜团之一。这两种地理类型之间的区域也相当复杂，科学家们希望洞察力可以帮助更深入地了解那里发生的事情。三个相互竞争的假设解释了火星二分法：单一撞击假设、多重撞击假设和板块构造假设。

InSight Lander 位于 Elysium Planitia，位于较年轻的北部低地和较旧的南部高地之间的边界地区。

通过研究近地表区域，洞察号应该帮助科学家，了解地层和火山作用以及过渡带中的沉积作用，老区和新区之间。

研究人员想确定浅层熔岩流的年代，为此，他们转向了火山口计数。在基本层面上，陨石坑越多，表面积越大。陨石坑较少的区域一定更年轻。科学家们利用这一基本事实来确定岩石的年代。此外，当陨石坑更深时，科学家可以对更深的岩石进行年代测定，而对于较浅的陨石坑，情况正好相反。

该团队能够确定夹在沉积层中间的一对凝固熔岩流的年代。他们发现，当火星处于亚马逊时期时，较浅的熔岩层大约有 17 亿年的历史。更深的一层大约有 36 亿年的历史，从火星的 Hesperian 时期开始，当时地球正在经历广泛的火山活动。作者认为沉积层要么位于玄武岩层之间，要么嵌入在更深、更古老的层中。

艺术家印象：洞察号着陆器位于 Homestead Hollow，一个小型撞击坑。本研究中使用的地震仪 SEIS 是着陆器前方地面上的浅色半球。它下面的地面由沉积物和玄武岩交替层顶部的沙质风化层组成。

这项研究是科学家们第一次将火星的近地表区域与主要基于远程数据的模型进行比较。InSight 数据显示存在额外的分层和更多多孔的岩石。

该论文的作者之一是科隆大学地质与矿物学研究所的 Knapmeyer-Endrun 博士。在一份新闻稿中，她说：虽然结果有助于更好地了解 Elysium Planitia 的地质过程，但与着陆前模型的比较对于未来的着陆任务也很有价值，因为它可以帮助完善预测。更好地了解流动站的承载条件和行驶条件将有助于规划。它还可能有助于定位地下水冰。

火星上的地震研究与地球上的不同。科学家可以通过将地震信号发送到地面并读取它们如何反射回传感器来探测地球上的结构。但在火星上，SEIS 仪器读取环境振动。这些环境振动来自风和行星表面之间的相互作用。但是稀薄的大气层、较低的太阳辐射以及缺乏海洋使环境振动比地球上的要弱得多。

洞察号着陆器自 2018 年 11 月 26 日以来一直在火星上。其任务长度设定为 709 溶胶，但已达到 1070 溶胶。着陆器是太阳能供电的，因此可以想象它可以持续更长时间。InSight 代表使用地震调查、大地测量和热传输的内部探索。这是 NASA 和欧洲航天机构之间的联合任务。