新信號暗示火星中隱藏著一片迷失的海洋

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

火星上覆蓋著古代水體的痕跡。但是，當?shù)厍蜃兊煤浜透稍飼r，這一切究竟去了哪里的謎團長期以來一直吸引著科學家們。

我們新研究可能會提供答案。利用美國宇航局 InSight 任務的地震數(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)，這可能是因為在這些深度存在液態(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，在諾亞紀和赫斯珀里紀時期（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的過去一定覆蓋火星的所有水。計算建議“缺失的”水足以覆蓋地球至少 700 米深的海洋，也許深達 900 米。

一種假設是缺失的水滲入了地殼。在諾亞紀時期，火星受到隕石的嚴重轟炸，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.

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

這個“低速層”很可能是充滿液態(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)，要歸功于 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（稱為 S1222a）。這些事件使地震波在地殼中蕩漾，就像將石頭扔進池塘里，看著海浪蔓延。

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

我們計算了“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。

看點重要

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

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

水也可能是更復雜生物的生命線，例如未來的人類探險家。凈化后，它可以提供飲用水、氧氣或火箭燃料。

當然，在遙遠的星球上鉆探數(shù)公里深是一項艱巨的挑戰(zhàn)。然而，我們在火星赤道附近收集的數(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)行新的任務來繪制地球其他地區(qū)的潛在水層。

未來的漫游車或鉆頭有朝一日可能會開采這些儲層，分析它們的化學成分以尋找生命的痕跡。這些水域還需要保護免受地球上微生物的侵害，因為它們可能藏匿著原生的火星生物。

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

Hrvoje Tkal?i?教授、地球物理學系主任、Warramunga Array 主任、澳大利亞國立大學和孫偉佳， 地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理重點實驗室 地球物理學教授中國科學院

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