流星撞击揭示了火星上隐藏的"地震公路"

通过比较美国宇航局"洞察"号（InSight）着陆器提供的火星地震数据和火星勘测轨道器（Mars Reconnaissance Orbiter）确定的撞击坑，科学家们发现，一些撞击在地幔中形成了一条"地震高速公路"，而不是被地壳阻尼。这一突破对以前的火星内部模型提出了挑战，并能完善我们对包括地球在内的岩质行星的认识。

2021年3月4日，NASA火星勘测轨道飞行器上的HiRISE相机拍摄到了这个撞击坑，它是在红色星球上地震活跃的地区Cerberus Fossae发现的。科学家们将它在地表的出现与美国宇航局"洞察"号（InSight）着陆器探测到的地震进行了比对。图片来源：NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学

撞向火星的流星体产生的地震波比以前想象的要深入火星内部。这一发现来自两项新的研究，它们比较了美国国家航空航天局（NASA）的"洞察号"（InSight）着陆器记录的火星地震数据和火星勘测轨道器（MRO）确定的撞击坑。

这些研究于2月3日发表在地球物理研究快报上，研究结果表明，即使在NASA的InSight于2022年退役之后，其数据仍能继续提供有价值的见解。 InSight 是第一个在火星上放置地震仪的任务，探测到了 1300 多次火星地震。这些地震要么来自地下深处，因为岩石在热量和压力的作用下开裂，要么来自流星体对地表的撞击。

通过分析地震波如何穿过火星的地壳、地幔和地核，科学家们可以更好地了解火星的内部结构。这项研究不仅揭示了火星的奥秘，还有助于解释像地球和月球这样的岩石行星是如何进化的。

研究人员过去曾拍摄过新撞击坑的图像，并发现了与撞击坑形成日期和位置相吻合的地震数据。但这两项新研究是首次将新的撞击与在地狱犬窝（Cerberus Fossae）探测到的震动联系起来，地狱犬窝是火星上一个特别容易发生地震的地区，距离洞察者号 1019 英里（1640 公里）。

2019年2月2日，美国国家航空航天局"洞察"号（InSight）机械臂上的相机拍摄到了着陆器放下风和热防护罩的画面。该防护罩覆盖了InSight的地震仪，该地震仪在着陆器的四年任务中采集了1300多次火星地震的数据。图片来源：NASA/JPL-Caltech

撞击坑直径为71英尺（21.5米），根据地震能量，它距离InSight的距离比科学家们预期的要远得多。火星地壳具有独特的特性，被认为可以抑制撞击产生的地震波，研究人员对地狱犬窝的撞击进行分析后得出结论，它产生的地震波通过地幔的路径更为直接。

现在，InSight团队必须重新评估他们对火星内部组成和结构的模型，以解释撞击产生的地震信号如何能到达那么深的地方。

伦敦帝国学院（Imperial College London）的InSight团队成员康斯坦丁诺斯-查拉兰布斯（Constantinos Charalambous）说："我们曾经认为，从绝大多数地震事件中探测到的能量都停留在火星地壳内部。"这一发现表明地幔中有一条更深、更快的路径--称之为地震高速公路--可以让地震到达地球上更遥远的地区。"

火星勘测轨道器的艺术概念图。图片来源：JPL/美国国家航空航天局

美国国家航空航天局（NASA）位于南加州的喷气推进实验室（JPL ）开发了一种机器学习算法，用于探测火星上的流星体撞击，该算法在发现地狱犬窝陨石坑的过程中发挥了关键作用。在几个小时内，人工智能工具就能筛选出数以万计由MRO的情境相机拍摄的黑白图像，检测出陨石坑周围的爆炸区。该工具可选出候选图像，供善于分辨火星上哪些细微色彩值得 MRO 的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机进行更详细成像的科学家进行检查。

瑞士伯尔尼大学的InSight团队成员瓦伦丁-比克尔（Valentin Bickel）说："如果采用人工方式，这将是一项耗时数年的工作。使用这个工具，我们在短短几天内就从数以万计的图像减少到了寥寥数张。它虽然比不上人类，但速度超快。"

比克尔和他的同事们搜索了InSight所在位置大约1864英里（3000公里）范围内的陨石坑，希望能找到一些在着陆器地震仪记录时形成的陨石坑。通过比较"背景相机"在一定时间范围内拍摄的前后图像，他们找到了123个新的陨石坑与"洞察者"号的数据进行交叉对比；其中49个可能与着陆器地震仪探测到的地震相吻合。查拉兰布斯和其他地震学家对这些数据进行了进一步筛选，最终确定了71英尺高的Cerberus Fossae撞击坑。