基于火星地震的地震波衰減，火星半球二分法對流起源的說明 。圖片來源：Sun and Tkalčić, 2024.
據美國物理學家組織網（漢娜·伯德）：火星和地球一樣有北半球和南半球，但它們的定義特征明顯不同 ， 這種現象被稱為火星二分法 。南部高地比北部低地更古老，海拔更高 ， 隕石坑更多 。前者的高地地形是氣流的天然屏障 ， 導致風向變化 ， 并導致局部天氣現象 。
對這種二分法起源的解釋主要圍繞來自太空的巨大撞擊物（直徑約2000公里）和地幔溫度和密度差異引起的地幔大規模對流運動 。
發表在《地球物理研究快報》上的研究試圖通過研究火星地震來進一步解開這一起源故事 。就像在地球上一樣，這種地震活動可以用來探索火星表面下的驅動機制 。
中國科學院地質與地球物理研究所的孫教授說：“地球和火星通常被認為是姐妹行星，它們是在同一時期（45億年前）形成的，都位于我們太陽系的宜居帶內 。為什么地球上充滿了生命，而火星目前看起來如此沉默，沒有生命？” 。
“我們認為 ， 這兩顆行星之間的對比源于它們內部結構和過程的差異 。考慮到這種二分法是火星表面高度和內部結構最顯著的特征之一，我們希望通過調查二分法的原因來找到這個問題的答案，并試圖解決一個困擾科學家50年的難題 。”
澳大利亞國立大學的Tkalčić教授進一步解釋了該項目的意義：“雖然地球深處的圖像越來越模糊，但我們仍然不了解其他類地行星的內部 ?！??！霸谶@項研究中，我們使用InSight地震儀記錄的地震波探測了火星內部 ， 就像我們在地球上通過地震一樣 。
“了解太陽系取決于我們對地球的了解，反之亦然——了解我們的行星鄰居將使我們能夠探索地球的過去、現在和未來 ?！?br>為了研究這一點，孫和特卡爾契奇教授使用了2018年至2022年美國國家航空航天局InSight任務期間記錄的低頻火星地震數據，該任務旨在研究火星的地殼、地幔和地核 。
考慮到火星“只有一個地震儀，可以在有限的時間窗口內記錄火星地震和撞擊，而在地球上，我們有數千個地震儀可以連續記錄地面運動，因此獲得必要的數據有點困難 ?！?br>孫教授說：“與地球相比，火星的構造活動明顯減少，導致地震次數減少，震級普遍較低 。此外 ， 地震儀的表面位置使其暴露在日間風中，盡管有保護性屏蔽 ， 但這導致信噪比顯著降低 。”
通過采用最先進的技術提高信噪比后，研究人員在南部高地的Terra Cimmeria地區發現了一組新的六次地震，并根據地震波如何從這些地震傳播到InSight地震儀，將其與北部低地Cerberus Fossae的16次已知地震進行了比較 。
隨后，科學家們確定了每組的品質因數，這是地震波在穿過火星內部和表面時減弱程度的物理測量 。由于Terra Cimmeria的品質因數低于Cerberus Fossae（意味著地震波減弱更多），研究人員確定了南北地震衰減的模式 。
因此，他們得出結論，南地幔經歷了更高的溫度和更低的粘度 。南半球較厚的地殼減緩了內部的熱量損失，使其更具流動性，從而經歷了更劇烈的對流，這也支持了這一點 。
孫教授指出：“將地震質量因子與溫度相關聯的實驗數據表明，南部高地下方的地幔溫度可能達到約1000°C，而北部低地下方的溫度約為800°C或略高 ?！?。
總的來說，孫和特卡爾契奇教授確定地幔對流是火星異常二分法的主要原因，而不是替代假設所暗示的巨大撞擊 。
但他們的研究仍在繼續 ， 孫教授解釋了理解當今火星和地球之間顯著差異的下一個雙管齊下的方法 。
“首先，繼續我們對火星內部結構的探索，與地球相比 ， InSight著陸點的地殼估計約為50公里厚，明顯比地球的平均大陸地殼（約35公里）和海洋地殼（約10公里或更?。┖?。因此 ， 我們將探索為什么火星盡管大小接近地球的一半，但地殼卻如此厚 。
“其次，我們將在火星上尋找液態水 。眾所周知，水對維持生命至關重要 。有證據表明，火星曾經擁有廣闊的海洋；然而 ， 它的大部分液態水可能已經逃逸到太空或被封存在地殼內 。為了研究這一點，我們的目標是利用地震學技術來確定液態水是否存在于火星地殼內 。
“研究這兩個特征可能有助于我們了解火星和地球的不同進化路徑 ， 并可能為我們自己星球的潛在未來和最終命運提供線索 ?！?br/>

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