新信號暗示火星中隱藏著一片迷失的海洋

越來越多的證據表明，在塵土飛揚的紅色平原下隱藏著一個秘密火星，它可以重新定義我們對這顆紅色星球的看法：一個巨大的液態水庫，被深深地殼鎖住。

火星上覆蓋著古代水體的痕跡。但是，當地球變得寒冷和干燥時，這一切究竟去了哪里的謎團長期以來一直吸引著科學家們。

我們新研究可能會提供答案。利用美國宇航局 InSight 任務的地震數據，我們發現了地震波在地表以下 5.4 至 8 公里之間的層中減慢的速度的證據，這可能是因為在這些深度存在液態水。

失蹤之水之謎

火星并不總是我們今天看到的貧瘠沙漠。數十億年前，在諾亞紀和赫斯珀里紀時期（41 億至 30 億年前），河流雕刻的山谷和湖泊波光粼粼。

隨著火星磁場的減弱和大氣層的稀薄，大部分地表水消失了。一些逃到了太空，一些凍結在極冠中，還有一些被困在礦物中，至今仍在那里。

但蒸發、凍結和巖石并不能完全解釋在遙遠的過去一定覆蓋火星的所有水。計算建議“缺失的”水足以覆蓋地球至少 700 米深的海洋，也許深達 900 米。

一種假設是缺失的水滲入了地殼。在諾亞紀時期，火星受到隕石的嚴重轟炸，隕石可能已經形成了裂縫，將水引向地下。

在地表深處，較高的溫度會使水保持液態——這與靠近地表的冰凍層不同。

火星地殼的地震快照

2018 年，NASA 的InSight 著陸器降落在火星上，以超敏感的地震 檢波器.

通過研究一種稱為“剪切波”的特殊振動，我們發現了一個重要的地下異常現象：在 5.4 到 8 公里以下的層中，這些振動的移動速度較慢。

這個“低速層”很可能是充滿液態水的高度多孔巖石，就像飽和的海綿一樣。就像地球的含水層一樣，地下水滲入巖石孔隙中。

我們計算出，火星上的“含水層”可以容納足夠的水，足以覆蓋 520-780 米深的全球海洋中的地球——是南極洲冰蓋所含水量的幾倍。

在考慮了太空損失、礦物質中的水以及現代冰蓋之后，該體積與火星“缺失”水（710-920m）的估計值相符。

隕石和火星地震

我們之所以能找到我們的發現，要歸功于 2021 年的兩次隕石撞擊（命名為 S1000a 和 S1094b）和 2022 年的一次火星地震（稱為 S1222a）。這些事件使地震波在地殼中蕩漾，就像將石頭扔進池塘里，看著海浪蔓延。

InSight 的地震儀捕捉到了這些振動。我們使用事件中的高頻信號——想想調到一個清脆、高清的廣播電臺——來繪制地殼的隱藏層。

我們計算了“接收器函數”，這是這些波在地殼各層之間反彈和回蕩時的特征，就像繪制洞穴的回波一樣。這些特征使我們能夠確定巖石變化的邊界，揭示 5.4 至 8 公里深的浸水層。

看點重要

正如我們所知，液態水對生命至關重要。在地球上，微生物在充滿水的深巖石中茁壯成長。

類似的生命，也許是古代火星生態系統的遺跡，會在這些儲藏庫中持續存在嗎？只有一種方法可以找出答案。

水也可能是更復雜生物的生命線，例如未來的人類探險家。凈化后，它可以提供飲用水、氧氣或火箭燃料。

當然，在遙遠的星球上鉆探數公里深是一項艱巨的挑戰。然而，我們在火星赤道附近收集的數據也暗示了其他富含水的區域的可能性，例如烏托邦平原的冰冷泥漿儲層。

火星探索的下一步是什么？

我們的地震數據只涵蓋了火星的一小部分。需要使用地震儀執行新的任務來繪制地球其他地區的潛在水層。

未來的漫游車或鉆頭有朝一日可能會開采這些儲層，分析它們的化學成分以尋找生命的痕跡。這些水域還需要保護免受地球上微生物的侵害，因為它們可能藏匿著原生的火星生物。

現在，水邀請我們繼續聆聽火星的地震心跳，解碼一個可能比我們想象的更像地球的世界的秘密。

Hrvoje Tkal?i?教授、地球物理學系主任、Warramunga Array 主任、澳大利亞國立大學和孫偉佳， 地質與地球物理研究所地球與行星物理重點實驗室 地球物理學教授中國科學院

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