火星内部核心到底有什么？InSight着陆器揭开了红色星球的秘密
火星是我们最想探索的行星之一，但我们对它的内部结构知之甚少。现在，美国宇航局的InSight着陆器给我们带来了一些惊人的发现，让我们能够窥探火星的核心、地幔和地壳。通过分析火星上发生的地震，科学家们绘制了一幅火星内部的新图景，揭示了一些意想不到的特征，例如一个液态硅酸盐层和一个含有大量轻元素的核心。这些发现不仅增加了我们对火星的了解，也为研究其他行星提供了新的视角。
InSight着陆器于2018年11月在火星表面着陆，它携带了一个地震仪，用于记录火星上的震动。这些震动可能是由陨石撞击、地壳断裂或者地幔对流引起的。通过测量这些震动产生的地震波在火星内部的传播速度和衰减程度，科学家们可以推断出火星内部不同层次的密度、厚度和组成。
苏黎世联邦理工学院的研究人员收集并分析了InSight着陆器传输到地球的数据，并与巴黎地球物理研究所的研究人员合作，使用不同的方法得出了类似的结论。
“虽然任务结束，但我们现在已经发现了一些非常有趣的东西，”苏黎世联邦理工学院地球科学系高级科学家 Amir Khan 说。
科学家们发现，在火星液态铁合金核心和固体硅酸盐地幔之间，存在着一层约150公里厚的液态硅酸盐（岩浆）。这是一个非常罕见的现象，因为地球没有像这样完全熔融的硅酸盐层。这可能是由于火星较小的体积和较快的冷却速率造成的。
这一层液态硅酸盐可能对火星磁场和大气层有重要影响。科学家们认为，在过去，火星曾经有一个强大的磁场，就像地球一样，但后来消失了。这可能是因为液态硅酸盐层阻碍了核心对流，从而削弱了磁场。没有磁场保护，火星大气层也逐渐被太阳风剥离，导致火星变得寒冷和干燥。
科学家们还发现，火星核心比以前认为的要小，半径约为1650-1700公里，大约是火星半径的50%。如果火星核心比以前认为的要小，但质量相同，那么它的密度更大，因此它包含的轻元素更少。
轻元素是指比铁轻的元素，例如硫、碳、氧和氢。这些元素在行星形成的早期阶段，可能与铁一起沉积到核心中。地球的核心由大约90%的铁和10%的轻元素组成。而火星核心的轻元素比例估计为9%至14%。
这意味着火星核心的平均密度仍然有些低，但在典型的行星形成情景中不再令人费解。火星核心含有大量轻元素的事实表明，它一定是很早就形成的，可能是在太阳仍然被星云气体包围的时候，轻元素可能积聚在火星核心中。
为了从地震数据推断出火星内部不同层次的组成，科学家们通常将数据与含有不同比例轻元素的合成铁合金的数据进行比较。在实验室中，这些合金暴露在与火星内部相当的高温和压力下，使研究人员能够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普遍存在的条件下进行的，因此不能立即适用于火星。因此，苏黎世联邦理工学院的研究人员在瑞士卢加诺的瑞士国家超级计算中心进行了计算，并使用量子力学计算了各种合金的性能。
当研究人员将计算出的结果与基于InSight地震数据的测量结果进行比较时，他们遇到了一个问题。事实证明，没有铁轻元素合金同时匹配火星核心顶部和中心的数据。例如，在核心-地幔边界，铁合金必须含有比核心内部多得多的碳。
“我们花了一段时间才意识到，我们之前认为是外部液态铁核的区域毕竟不是核心，而是地幔的最深处，”苏黎世联邦理工学院地球科学系博士后研究员Dongyang Huang说。为了支持这一点，研究人员还发现，在核心最外层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 - 相同的材料，固体形式，火星地幔组成。
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。令人遗憾的是，尘土飞扬的太阳能电池板和由此产生的电力不足使得InSight着陆器无法提供额外的数据，这些数据可以更多地揭示火星内部的组成和结构。然而，InSight是一项非常成功的任务，它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，