近日，中國科學技術大學教授孫道遠與毛竹團隊聯合國外學者，在行星科學研究領域取得重要進展。研究團隊通過分析美國國家航空航天局“洞察”號探測器記錄的火星地震（火震）數據，首次確證火星內部存在一個半徑約600千米的固態內核，并揭示其主要成分構成可能是富含輕元素的結晶鐵鎳合金。
火星作為太陽系內與地球環境最為相似的類地行星，是行星內部結構與演化研究的重要對象，也是深空探測的核心目標之一。對行星深部結構的探測充滿挑戰，以地球為例，科學家直到1936年才通過地震波首次推測內核的存在，而徹底確認固態內核存在耗時近半個世紀。相比之下，對火星內部結構的探索難度更大，2018年首次獲得火星震直接觀測數據。目前，盡管已記錄上千次火震數據，但信號微弱和噪聲干擾等問題仍然限制對火星深部結構的研究。
為突破這一挑戰，該團隊創新性地引入火震陣列分析方法，分析23個信噪比較高的火震事件數據，提取出穿過火星核的關鍵震相，如在地表反射的PKPPKP以及在核幔邊界反射的PKKP。特別是，實際觀測PKKP時，較當前僅考慮液態核的火星速度模型所預測的結果，提前了50秒至200秒。這表明，火星核具有分層結構即外層為液態核，而更深部存在一個波速更高的固態內核。
在進一步分析中，該團隊首次在火星上識別出被視為“固態內核標志”的PKiKP震相信號。這為火星存在固態內核提供了證據。結合不同火核震相，團隊測得火星固態內核半徑約600公里，占火星半徑的1/5。若將火星按比例放大至地球大小，其內外核結構比例與地球高度接近。
同時，火震數據顯示，火星外核與內核之間存在約30%的波速跳變和約7%的密度差異。在此基礎上，研究團隊分析了內核的礦物組成。結果顯示，火星核并非純鐵鎳構成，還可能包含12%至16%的硫、6.7%至9.0%的氧以及不超過3.8%的碳。這種含有輕元素的星核結構，為火星磁場從早期活躍到如今沉寂的演化歷程提供了重要線索，并為對比地球與其他類地行星的內部演化差異奠定了關鍵基礎。
上述研究首次在地球以外的行星中確認了固態內核的存在，證實了火星與地球相似的核幔分異結構。科研團隊發展的火星地震學方法，為未來探月等任務利用地震學方法探測月球等星體深部結構提供了重要參考。這一成果標志著我國科研團隊在行星內部結構探測領域邁出關鍵一步，彰顯了我國在行星科學與地球物理交叉研究中的創新能力與國際影響力。
9月3日，相關研究成果以Seismic Detection of a 600-km Solid Inner Core in Mars為題，在線發表在《自然》（Nature）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。
論文鏈接
PKKP、PKiKP震相的射線路徑和研究利用的火震
地球和火星深部結構對比示意圖
本文鏈接：科學家發現火星存在固態內核http://www.sq15.cn/show-12-1709-0.html
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