新信號(hào)暗示火星中隱藏著一片迷失的海洋

越來(lái)越多的證據(jù)表明，在塵土飛揚(yáng)的紅色平原下隱藏著一個(gè)秘密火星，它可以重新定義我們對(duì)這顆紅色星球的看法：一個(gè)巨大的液態(tài)水庫(kù)，被深深地殼鎖住。

火星上覆蓋著古代水體的痕跡。但是，當(dāng)?shù)厍蜃兊煤浜透稍飼r(shí)，這一切究竟去了哪里的謎團(tuán)長(zhǎng)期以來(lái)一直吸引著科學(xué)家們。

我們新研究可能會(huì)提供答案。利用美國(guó)宇航局 InSight 任務(wù)的地震數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)了地震波在地表以下 5.4 至 8 公里之間的層中減慢的速度的證據(jù)，這可能是因?yàn)樵谶@些深度存在液態(tài)水。

失蹤之水之謎

火星并不總是我們今天看到的貧瘠沙漠。數(shù)十億年前，在諾亞紀(jì)和赫斯珀里紀(jì)時(shí)期（41 億至 30 億年前），河流雕刻的山谷和湖泊波光粼粼。

隨著火星磁場(chǎng)的減弱和大氣層的稀薄，大部分地表水消失了。一些逃到了太空，一些凍結(jié)在極冠中，還有一些被困在礦物中，至今仍在那里。

但蒸發(fā)、凍結(jié)和巖石并不能完全解釋在遙遠(yuǎn)的過(guò)去一定覆蓋火星的所有水。計(jì)算建議“缺失的”水足以覆蓋地球至少 700 米深的海洋，也許深達(dá) 900 米。

一種假設(shè)是缺失的水滲入了地殼。在諾亞紀(jì)時(shí)期，火星受到隕石的嚴(yán)重轟炸，隕石可能已經(jīng)形成了裂縫，將水引向地下。

在地表深處，較高的溫度會(huì)使水保持液態(tài)——這與靠近地表的冰凍層不同。

火星地殼的地震快照

2018 年，NASA 的InSight 著陸器降落在火星上，以超敏感的地震 檢波器.

通過(guò)研究一種稱(chēng)為“剪切波”的特殊振動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)重要的地下異?，F(xiàn)象：在 5.4 到 8 公里以下的層中，這些振動(dòng)的移動(dòng)速度較慢。

這個(gè)“低速層”很可能是充滿(mǎn)液態(tài)水的高度多孔巖石，就像飽和的海綿一樣。就像地球的含水層一樣，地下水滲入巖石孔隙中。

我們計(jì)算出，火星上的“含水層”可以容納足夠的水，足以覆蓋 520-780 米深的全球海洋中的地球——是南極洲冰蓋所含水量的幾倍。

在考慮了太空損失、礦物質(zhì)中的水以及現(xiàn)代冰蓋之后，該體積與火星“缺失”水（710-920m）的估計(jì)值相符。

隕石和火星地震

我們之所以能找到我們的發(fā)現(xiàn)，要?dú)w功于 2021 年的兩次隕石撞擊（命名為 S1000a 和 S1094b）和 2022 年的一次火星地震（稱(chēng)為 S1222a）。這些事件使地震波在地殼中蕩漾，就像將石頭扔進(jìn)池塘里，看著海浪蔓延。

InSight 的地震儀捕捉到了這些振動(dòng)。我們使用事件中的高頻信號(hào)——想想調(diào)到一個(gè)清脆、高清的廣播電臺(tái)——來(lái)繪制地殼的隱藏層。

我們計(jì)算了“接收器函數(shù)”，這是這些波在地殼各層之間反彈和回蕩時(shí)的特征，就像繪制洞穴的回波一樣。這些特征使我們能夠確定巖石變化的邊界，揭示 5.4 至 8 公里深的浸水層。

看點(diǎn)重要

正如我們所知，液態(tài)水對(duì)生命至關(guān)重要。在地球上，微生物在充滿(mǎn)水的深巖石中茁壯成長(zhǎng)。

類(lèi)似的生命，也許是古代火星生態(tài)系統(tǒng)的遺跡，會(huì)在這些儲(chǔ)藏庫(kù)中持續(xù)存在嗎？只有一種方法可以找出答案。

水也可能是更復(fù)雜生物的生命線，例如未來(lái)的人類(lèi)探險(xiǎn)家。凈化后，它可以提供飲用水、氧氣或火箭燃料。

當(dāng)然，在遙遠(yuǎn)的星球上鉆探數(shù)公里深是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。然而，我們?cè)诨鹦浅嗟栏浇占臄?shù)據(jù)也暗示了其他富含水的區(qū)域的可能性，例如烏托邦平原的冰冷泥漿儲(chǔ)層。

火星探索的下一步是什么？

我們的地震數(shù)據(jù)只涵蓋了火星的一小部分。需要使用地震儀執(zhí)行新的任務(wù)來(lái)繪制地球其他地區(qū)的潛在水層。

未來(lái)的漫游車(chē)或鉆頭有朝一日可能會(huì)開(kāi)采這些儲(chǔ)層，分析它們的化學(xué)成分以尋找生命的痕跡。這些水域還需要保護(hù)免受地球上微生物的侵害，因?yàn)樗鼈兛赡懿啬渲幕鹦巧铩?/p>

現(xiàn)在，水邀請(qǐng)我們繼續(xù)聆聽(tīng)火星的地震心跳，解碼一個(gè)可能比我們想象的更像地球的世界的秘密。

Hrvoje Tkal?i?教授、地球物理學(xué)系主任、Warramunga Array 主任、澳大利亞國(guó)立大學(xué)和孫偉佳， 地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 地球物理學(xué)教授中國(guó)科學(xué)院

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