洞察号的设计目的是探察火星的内部结构。在该探测器的诸多仪器里，有一台极为敏感的地震仪（图片中心），一直在监测火星的每次颤动。

　　图源：NASA/JPL-CALTECH

　　撰文：MAYA WEI-HAAS

　　在那荒凉的尘封表面下，火星正在嗡嗡作响。这种平静而又持续的声响，周期性地与火星上震动的节奏一同律动，但这种奇异声响的来源却无人知晓。

　　这种嗡响只是美国宇航局“洞察号”着陆器检测到的众多奥秘和发现之一。该研究近日发表在《自然·地球科学》和《自然·通讯》上，让我们得以管窥火星地表上下的惊人活动。

　　2018年11月，洞察号着陆在了火星赤道附近一片平坦且平凡的广阔地域。此后，它一直在利用一台敏感度极高的地震仪和诸多设备来监测火星的地质活动，探索其内部结构。

　　这张插图描绘的是洞察号探测器在火星表面上工作的情形。从中可以看到地震仪和深入到地下的温度感应探针。

　　插图：NASA/JPL-CALTECH

　　洞察号任务的首席研究员Bruce Banerdt说：“看到这些好东西，终于能振臂高呼，让人松一口气了。”

　　除了奇怪的嗡响之外，洞察号发回的最新数据还描述了在火星上首次发现的断裂带、火星现代磁场的模式与脉冲，以及火星过去磁场的痕迹。总体来看，这些在火星上搜集到的信息，十分有利于我们理清所有岩质行星形成与演化的过程。

　　“你不能只用地球就建立一个模型，而是需要更多数据点。”洞察号任务的副首席研究员Suzanne Smrekar说，“看到这些东西真是让人超级激动，我们也在尽力去理解火星。”

　　奇异的震源

　　洞察号的一个主要目标就是测量火星上的地震活动。它最初几个月的监测安静得让人忧心。不过，最终，2019年4月6日，洞察号探测到了使整个火星都隆隆作响的“火星震”，让地球上的地震学家激动不已。

　　Banerdt介绍，自从那次探测以后，越来越多的火星震数据传回地球，洞察号至今已监测到450多次火星震。火星的活跃度并不令人惊讶，不过小震动似乎发生得越来越频繁。小震动次数的增加，可能是季节效应，不过，由于我们刚刚开始整理火震数据，这一现象仍然是研究团队致力于解开的谜团之一。

　　科学家还不十分确定这些火星震都是从何而来。在地球上，地表的频繁抖动是地质板块缓慢移动造成的。当地壳中的压力聚集到一定程度，则会爆发地震。但火星上并没有全球性板块，因此，地质学家们正在探寻其他可能的诱因。

　　洞察号发现的2次特别的震动，让科学家们距离答案更近了一步。这两次震动响亮而清晰，震级在3到4级之间，研究人员因此追踪到了其震源：由许多深沟组成的科柏洛斯槽沟（Cerberus Fossae）。该地貌形成于1000万年前或更晚时候。

　　大量岩浆和洪水曾经从这些裂缝涌出地面，而且地下深处可能至今仍然涌动着一些流体。Smrekar说，如此一来，一汪汪岩浆冷却收缩，或者熔岩或水在地表下运动，可能产生了这两次火星震。

　　为确定火星震的成因，为更好地理解火星地表下的情形，科学家必须探测更多次震动，甚至是若干次大地震。

　　Smrekar说：“我们希望能看到一场5级地震。谁知道呢？我们只能等着。”

　　永不休止的火星之歌

　　除了偶发的震动，洞察号还监测到背景中一直有个持续嗡响的地震信号。

　　地球上有许多稳定的背景嗡响，最常见的来自于海洋的翻腾及海浪对海岸的冲击。但是，伦敦帝国理工学院的地震学家Stephen Hicks（未参与本研究）称，火星上的嗡响频率高达2.4赫兹，比地球上最常见的1赫兹以下的天然声音高很多。

　　分析表明，火星上的嗡响与呼啸的风并无关联，并且似乎会随着遥远火震的发生而加强。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的地球物理学家Joshua Carmichael（未参与本研究）说，这就好像在人在钟旁边大喊而使钟鸣响一样；人的嗓音混合了多个频率，如果某个频率与钟共振，喊声就会使钟鸣响。

　　Banerdt说，火星的嗡响可能与洞察号下方的地质情况有关，它可能会放大特定的音调。洞察号位于一个古老的撞击坑，里面布满了灰尘和砂子。这些灰尘和砂子可能会因震动而产生环形。然而，Banerdt称，洞察号周围不存在这种结构，一方面是因为风太大，另一方面是因为这个撞击坑盆地似乎太小，不足以产生那种圆环。

　　Hicks认为，嗡响和震动可能来自于两个单独的来源。Banerdt补充说，洞察号着陆器本身甚至也有可能产生神秘的共振。

　　Banerdt说：“真是困惑极了。这究竟是什么，我们还没有达成一致意见。”

　　愈加清晰的磁场图景

　　除了揭示火星目前怪异的地震活动，洞察号发回的最新数据还揭示了火星磁场有些意外之处：着陆器周围的磁场，比之前卫星预测的要强10倍。

　　驱动我们地球磁场的是“地质发电机（geodynamo）”：我们脚下约2900千米，地球融化的铁核心稳定地搅动着。这种搅动产生了一个全球性的磁场，包围着我们的地球，保护它免受太阳的辐射。

　　火星曾经也有一个类似的“发动机”，但几十亿年前就已停机，从而使太阳风剥去了火星曾经厚厚的大气层。如今，火星仅剩下微弱的磁场，以磁性矿物的形式存在于星球的岩石中。如此一来，一块块强度不同的磁场拼接成了火星磁场。

　　轨道探测器在火星高空中飞过时，只能观测到一幅模糊的磁场图景。但现在，洞察号相当于拍摄到了一幅高清图像，而磁场也比之前预想的更强。尽管洞察号着陆器的测量只是一个单点数据，但这一信息或将帮助我们最终解开火星以前“地质发动机”的强度，反过来又能解答火星是何时、为何从一个温暖湿润的星球变成了一个又干又冷的天体。

　　加州大学伯克利分校的行星空间物理学家Robert Lillis（未参与本研究）说：“这次测量只用一个数据点，让我们第一次稍稍了解了磁性可能会强多少。”

　　这些新研究还提供了一条关于火星地质发动机年龄的线索。研究人员追踪到地下几千米处的一个岩层，据估测，该岩层已有39亿年历史，比科学家推测火星地质发动机“熄火”时间晚2亿年。

　　难道火星的地质发动机在火星内核里涌动的时间比以前推测的更长吗？不列颠哥伦比亚大学及行星科学研究所的地球物理学家Catherine Johnson提醒说，由于该岩层的年代尚有很大不确定性，因此难以回答这个问题。或许，洞察号未来的更多发现将提供更多线索。

　　神秘的脉冲

　　洞察号还探测到在火星稳定的磁场顶部有一些摆动的磁力。这部分磁场会随昼夜变化，磁力信号偶尔还会微弱地脉动。

　　白昼的磁场变化在地球上很普遍。在我们地球的向日面，太阳辐射会击打大气层上层，产生的带电粒子会与风和地球的磁场线交互作用，产生电流。因此，向日面的磁场就会稍稍变强，而背日面一侧就会稍弱。这种现象在火星上也存在，而科学家们之前并未想到能从火星地表探测到这一现象。

　　火星磁场变强的时段似乎较短，且发生在午夜前后，有时在黎明或黄昏时分。Johnson指出，这些变化并非每日都出现，没有明显的节奏或原因。这场“磁场变奏曲”的隐形导体很可能位于火星表面上方很高的地方。在那里，来自太阳的带电粒子绕着火星流转，受火星稀薄的大气层、不均匀的磁场等影响而偏转。

　　这些太阳风产生的涡流，可能会使火星磁场产生波动。这一过程或类似的效应，可能就是洞察号发现的地表磁场脉搏的来源。

　　“我们真的不知道这些是从哪来的。”Johnson说道。地表上洞察号的分析，与轨道上“火星大气与挥发物演化任务探测器（MAVEN）”的分析结果交叉对比，可能会有所突破。

　　与此同时，这一批新论文所用的洞察号的所有数据都已对公众开放，而且每三个月还会发布一批新数据。Banerdt希望其他科学家能加入他的团队，继续研究这些数据。

　　他说：“思考这些东西的人越多，得到好答案的可能性就更高。”