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May. 03 2019

NASA登陸器首度偵測到「火星地震」!

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  • 洞察號在2019年2月4日放置了防風隔熱罩,保護先前在2018年12月19日於火星表面設置的地震計。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

  • 這張藝術家的想像圖描繪了火星上的美國航太總署(NASA)洞察號登陸器。NASA宣布登陸器可能已經偵測到這顆紅色星球內部的震動──這也是人類有史以來第一次記錄到的「火星地震」。 ILLUSTRATION BY NASA/JPL-CALTECH

  • 登陸器的地震計名為SEIS,是由法國國家太空研究中心(National Center for Space Studies)在其他歐洲研究人員和NASA噴射推進實驗室的支持下所建造。這個地震計非常的敏感,能夠探測到小於氫原子寬度的震動。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

  • 影像中的紅點就是NASA洞察號登陸器在埃律西昂平原(Elysium Planitia)裡的最後著陸位置。這片廣闊平坦的熔岩平原就位在火星赤道的北邊。根據先前的預測,登陸器有99%的機會降落在影像中較大的藍色橢圓範圍內。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/ASU

這是我們第一次在火星上記錄到地震,而且肯定不會是最後一次。

這張藝術家的想像圖描繪了火星上的美國航太總署(NASA)洞察號登陸器。NASA宣布登陸器可能已經偵測到這顆紅色星球內部的震動──這也是人類有史以來第一次記錄到的「火星地震」。 ILLUSTRATION BY NASA/JPL-CALTECH

NASA的洞察號火星登陸器第一次記錄到「火星地震」,這在數千萬公里之外的地球地震學家中掀起了波瀾,更開啟了我們對這顆紅色星球研究的新紀元。

科學家認為在4月6日出現的微弱訊號,是我們首度記錄到來自火星內部的震動,而不是由像風力這樣的地面力量所產生。但科學家仍在研究數據,以確定震動的確切來源。

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這次探測到的震波非常微小,大約相當於規模2或2.5的地震,這樣的地震在地球表面幾乎難以察覺。但對洞察號的科學家來說,這個微弱的震動卻代表一個非常重大的時刻。自從他們在2018年12月安裝了這個地震計,並在幾個星期前正式開始監測階段之後,就一直盼望著這天的到來。

「第一個月時,就好像是這樣:『這樣很好,這樣很好,沒問題。』」NASA洞察號任務的計畫主持人布魯斯.巴納特(Bruce Banerdt)說。「然後到了第二個月,我們就變成了『呃,現在隨時都可以了,來吧,火星,露一手吧!』」

「我無法控制地不停檢查我的電子郵件,」NASA馬歇爾太空飛行中心(Marshall Space Flight Center)的行星科學家,也是洞察號共同計畫主持人之一的瑞妮.韋伯(Renee Weber)補充說:「我甚至在每天早上起床之前,都會看一下我的手機,然後想說,『也許今天就是我們首次偵測到火星地震的日子!』」

終於,在洞察號登陸火星128個火星日後,傳來了微弱的震波。研究團隊急忙查看訊號,並確認這很有可能是火星地震。「整個團隊都鬆了一口氣。」巴納特回憶道。

「我追尋火星地震已經有大概30年那麼久了,」他說:「對我來說,這可以算是職業生涯追求的終極目標了……我終於得到自1980年代以來就一直夢想能夠得到的數據。」

影像中的紅點就是NASA洞察號登陸器在埃律西昂平原(Elysium Planitia)裡的最後著陸位置。這片廣闊平坦的熔岩平原就位在火星赤道的北邊。根據先前的預測,登陸器有99%的機會降落在影像中較大的藍色橢圓範圍內。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/ASU

什麼是「火星地震」?

地球上的地震主要是因為不斷移動的地殼板塊規律運動所引起的。因為板塊互相爭搶位置,壓力不斷地累積,直到無法承受,就這樣觸發了斷裂點,讓我們感受到地震。

但火星跟地球不太一樣,火星上似乎沒有地殼板塊。因此科學家認為,火星上的震動是來自行星隨著時間緩慢冷卻,導致球體表面收縮並產生裂縫的結果。這些震動也有可能是隕石撞擊或地底深處的岩漿運動所導致。

研究人員希望能利用火星上的震動來研究火星內部的情形。這樣的研究方法,有點像是利用超音波來觀察身體內部:科學家藉由觀察震波在星球內部反彈的情形,而推斷內部的構造。

洞察號在2019年2月4日放置了防風隔熱罩,保護先前在2018年12月19日於火星表面設置的地震計。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

這次事件可以讓我們得知什麼?

最新的這次火星地震,以及其他三次還未經確認的震動,都太過於微弱了,無法讓科學家知道在火星鏽紅色的地表下方究竟發生了什麼事,但這也不表示這些訊號毫無用處。

「這些訊號讓我們開始知道火星有多麼地活躍。」巴納特說。

在地球上,有一個被廣為接受的關係式,稱為古登堡-芮克特定律(Gutenberg-Richter law)。這個定律是說,地震規模每降低一個單位,或說釋放的能量減少了32倍,地震發生的頻率就會增加大約10倍。這樣的近似值也適用在月球上。巴納特指出,所以我們可以藉由監測這些微弱震動的頻率,對更大的震動會多常發生有個概念。

這次的震動出奇地久,持續了大概了10分鐘左右,因此也許數據中也會有些關於火星表面的線索。韋伯補充,比起地球的震動,這次火星地震看起來更像是阿波羅計畫在月球所記錄到的地震活動。

韋伯解釋道,這樣的差異也許是因為每個星球上的土壤不太一樣。月球的表面布滿了風化層,也就是由隕石撞擊及其他磨損方式,所形成非常細的鋸齒狀物質。但是在地球上活躍的地質環境,不斷侵蝕而形成微小的沙粒,這些沙粒改變了土壤的堆積方式。結果就是震波會以不同的方式穿過這兩顆星球的最上層。在地球上出現的短暫而尖銳的爆發訊號,在月球上就會變得模糊許多。

韋伯也提醒,火星上漫長的隆隆震動,未必表示火星的土壤特性就是罪魁禍首。洞察號的研究團隊正在努力確定更精準的詳細狀況。

我們已經準備好了許多工具,希望在一接收到震動訊號時,就能夠進行分析……所以當我們看到第一波震動訊號,但卻不適用於我們所準備的分析工具時,真的覺得有點沮喪,」韋伯說:「但這也代表之後會更有趣也更讓人興奮,因為我們要準備新的工具了。」

登陸器的地震計名為SEIS,是由法國國家太空研究中心(National Center for Space Studies)在其他歐洲研究人員和NASA噴射推進實驗室的支持下所建造。這個地震計非常的敏感,能夠探測到小於氫原子寬度的震動。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

還可能會偵測到更多的震動訊號嗎?

洞察號運行的時間越長,能捕捉到的事件也就越多;如果這次偵測到的第一波訊號真的是火星地震,之後一定會有更多的數據能夠確認。而且韋伯也強調,根據衛星觀測到的隕石撞擊頻率,洞察號在它的任務期間,幾乎一定會偵測到隕石撞擊所產生的震動。

「要觀測到其他東西,只是時間問題而已。」她這麼說。

亞利桑那州立大學的火星科學家譚雅.哈里森(Tanya Harrison)表示,不管洞察號發現了什麼,它所偵測到的每次撞擊和震動,都會增加我們對這顆紅色星球的認識。「它所描繪出的火星,是個仍然相當活躍的地方,我認為這與我們在維京號時代對火星的觀點截然不同。」她指的是1970年代登陸火星表面的維京號任務。「我們正要開始逐步架構出整個故事。」

她指出,每項新實驗似乎都顯示,這顆紅色星球遠比我們所想像的還要更為複雜──撞擊坑、山崩、移動的極冠,現在甚至還有可能來自火星內部的活動跡象。

科學家對這次的新發現感到非常激動,但他們對未來即將發生的事情還要更加興奮。

就像巴納特說的:「繼續保持關注,我相信馬上就會有更多訊號了!」

 

延伸閱讀:火星上的鹽水可能孕育與地球上類似的生命 / 火星的五個頭號待解之謎

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