新的研究发现，火星的液态铁核心比先前认为的更小更致密

对InSight任务记录的火星地震数据的分析显示，火星的火星核心液态铁核心被150公里厚的熔融硅酸盐层所包围，因此其核心比以前提出的态铁更小更致密。鸣谢:uux.cn/艺术品:Thibaut Roger，比先NCCR星球S / ETH苏黎世
（神秘的更小更地球uux.cn）据苏黎世联邦理工学院（芭芭拉·沃纳伯格）：四年来，美国宇航局的研究InSight着陆器用地震计记录了火星上的震动。苏黎世联邦理工学院的发现研究人员收集并分析了传输到地球的数据，以确定地球的火星核心内部结构。“虽然这项任务在2022年12月结束，态铁但我们现在发现了一些非常有趣的比先事情，”苏黎世联邦理工学院地球科学系的更小更高级科学家阿米尔·可汗说。
对记录的研究地震进行分析，结合计算机模拟，发现描绘出了一幅新的火星核心地球内部图像。夹在火星液态铁合金核心和固态硅酸盐地幔之间的是一层大约150公里厚的液态硅酸盐(岩浆)。“地球没有像那样完全熔融的硅酸盐层，”汗说。
这一发现现在发表在《自然》杂志上，与巴黎地球物理研究所的亨利·塞缪尔领导的一项研究一起，使用互补的方法得出了类似的结论，也提供了关于火星内核大小和组成的新信息，解决了研究人员迄今无法解释的一个谜。
对最初观察到的火星地震的分析表明，火星地核的平均密度一定比纯液态铁的密度低得多。例如，地球的核心由大约90%重量的铁组成。
像硫、碳、氧和氢这样的轻元素加起来大约占总重量的10%。对火星核心密度的初步估计显示，它由更大份额的轻元素组成——重量百分比约为20%。“这代表了一个非常大的光元素补充，近乎不可能。苏黎世联邦理工学院地球科学系的博士后研究员黄东阳说。
更少的光元素
新的观测表明，火星内核的半径已经从最初确定的1800-1850公里范围减小到1650-1700公里范围内的某个地方，这大约是火星半径的50%。如果火星内核比先前认为的要小，但质量相同，那么它的密度就更大，因此包含的轻元素也更少。根据新的计算，按重量计算，轻元素的比例下降到9%到14%之间。
“这意味着火星核心的平均密度仍然有点低，但在典型的行星形成场景中不再令人费解，”苏黎世联邦理工学院地球科学系助理教授兼国家行星研究能力中心(NCCRs)成员Paolo Sossi说。
火星核心包含大量轻元素的事实表明，它肯定形成得非常早，可能是在太阳仍然被星云气体包围的时候，轻元素可能从星云气体中积累在火星核心中。
最初的计算是基于InSight着陆器附近发生的震动。然而，在2021年8月和9月，地震仪记录了火星对面的两次地震。其中一个是由陨石撞击造成的。“这些地震产生了穿过地核的地震波，”苏黎世联邦理工学院地球科学系的博士生塞西莉亚·杜兰解释道。
"这让我们能够照亮核心."相比之下，在早期的火星地震中，地震波在地核-地幔边界被反射，没有提供关于这颗红色星球最深处的信息。由于这些新的观察，研究人员现在已经能够确定大约1000公里深度的流体核心的密度和地震波速度。
超级计算机模拟
为了从这些轮廓中推断材料的成分，研究人员通常将数据与含有不同比例轻元素(S、C、O和H)的合成铁合金进行比较。在实验室中，这些合金暴露在相当于火星内部的高温和高压下，允许研究人员直接测量密度和地震波速度。
然而，目前大多数实验都是在地球内部的普遍条件下进行的，因此不能立即应用于火星。因此，苏黎世联邦理工学院的研究人员采取了不同的方法。他们在瑞士卢加诺的瑞士国家超级计算中心(CSCS)进行量子力学计算，计算出各种合金的属性。
当研究人员将计算的剖面与他们基于InSight地震数据的测量进行比较时，他们遇到了一个问题。结果发现，没有铁-轻元素合金同时符合火星核心顶部和中心的数据。举例来说，在地核与地幔的交界处，铁合金所含的碳比地核内部要多得多。
“我们花了一段时间才意识到，我们以前认为是外部液态铁核心的区域根本不是核心，而是地幔的最深处，”黄解释说。为了支持这一点，研究人员还发现，在核心最外面150公里处测量和计算的密度和地震波速度与液态硅酸盐一致，液态硅酸盐是构成火星地幔的固态物质。
对早期地震的进一步分析和额外的计算机模拟证实了这一结果。唯一令人遗憾的是，布满灰尘的太阳能电池板和由此导致的电力不足使得InSight着陆器无法提供更多数据，这些数据本可以揭示火星内部的组成和结构。“然而，InSight是一次非常成功的任务，为我们提供了许多新的数据和见解，这些数据和见解将在未来几年进行分析，”Khan说。