陨石撞击火星揭示了下面的东西

宇航局的洞察号宇宙飞船记录的两次陨石撞击火星的数据为火星地壳的结构提供了新的见解。

此前，研究人员观察到许多地震，其波从地震的震中传播到地球内部。从那时起，他们一直希望有一个事件能够产生沿着行星表面传播的波。2021 年 12 月 24 日，时机已到：一颗陨石撞击火星，距离洞察号约 3500 公里，形成了一个直径超过 100 米的陨石坑，产生了令人垂涎的表面波。研究人员还确定了距离 InSight 不到 7500 公里的陨石撞击是第二次冲击的来源。科隆大学地质与气象研究所的 Brigitte Knapmeyer-Endrun 博士和 Sebastian Carrasco 参与了对这两个事件提供的数据的评估。结果现已发表在《 科学》杂志上.

表面波对研究人员很重要，因为它们提供了有关火星地壳结构的信息。迄今为止，地震期间穿过地球内部的体波已经提供了对火星核心、地幔和地壳的深入了解。然而，地壳是预计异质性最大的地方，就像在地球上一样，迄今为止收集的数据仅针对地球上的一个位置。

“到目前为止，我们对火星地壳的了解仅基于 InSight 着陆器下的一个点测量，”苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的 Oberassistent、该研究的主要作者 Doyeon Kim 博士说。

表面波分析的结果让地球物理学家感到惊讶：在撞击地点和洞察号的地震仪之间，火星地壳平均具有非常均匀的结构和高密度。另一方面，在着陆器正下方，研究人员此前曾探测到三层地壳并测量到较低的密度。值得注意的是，在新数据中，没有证据表明近地表层在 InSight 下大约 10 公里厚，其特征是低地震速度和低密度。

由于撞击留下了非常明显的陨石坑，可以在从轨道拍摄的照片中看到，这是研究人员第一次能够准确地确定 InSight 收集的地震数据来自遥远的撞击。从轨道上快速连续拍摄的照片也为陨石坑的形成时间提供了良好的时间限制。这与记录地震信号的时间精确匹配。

这项研究首次使用这些不同的方法(地震和摄影)来记录地球上没有发生的影响。由于陨石撞击发生在行星表面，这可以解释为什么尚未观察到表面波。地震波的来源，例如发生在更深处的地震，可能根本没有激发这些波。了解特定的地震事件是撞击将有助于研究人员更好地识别和分类 InSight 收集的数据中的陨石撞击，并将其用于模型。

“新发现非常有趣，因为行星的地壳提供了有关天体形成和演化的重要线索。这是地幔早期动态过程和随后的岩浆过程的结果，”Brigitte Knapmeyer-Endrun 博士解释说。“因此，它可以提供有关数十亿年前条件和撞击历史的信息，这些信息在火星早期尤为频繁。”

表面波传播的速度取决于它们的频率。通过测量地震数据中不同频率的速度如何变化，科学家可以推断速度如何随深度变化，因为较低的频率对较大的深度很敏感。这反过来又可以用来估计岩石的平均密度，因为地震速度还取决于波传播的材料的弹性特性。这使研究人员能够确定地球表面以下约 5 至 30 公里深处的地壳结构。

该团队想了解为什么观察到的表面波的平均速度远高于他们根据早先在 InSight 着陆器下的点测量所预期的速度。是由于地表岩石成分或其他机制的差异吗?火山岩往往具有更高的地震速度，并且两次陨石撞击和测量地点之间的路径穿过火星北半球最大的火山区之一。

各种机制——例如地表熔岩的形成或通过与火山过程相关的加热来关闭孔隙空间——可能会增加地震波的速度。“另一方面，洞察号着陆点下方的地壳结构可能是以一种独特的方式形成的，例如在超过 30 亿年前的一次大型小行星撞击中喷射出物质时。如果是这样，着陆器下方的结构可能不能代表火星的一般地壳结构，”金解释说。