打破「液體核」印象！陸科研團隊發現火星有「固體內核」似地球

中國科學技術大學孫道遠、毛竹教授團隊聯合外國學者，首次確證火星內部存在一個半徑約600公里的固體內核，打破過往「火星核全由液體組成」的印象。圖／取自科技日報

中國科學技術大學孫道遠、毛竹教授團隊聯合外國學者，首次確證火星內部存在半徑約600公里的固體內核，打破過往「火星核全由液體組成」的印象，也證實火星與地球擁有相似的核函分異結構。

綜合央視、科技日報報導，該聯合團隊深入分析美國太空總署（NASA）洞察號（InSight）探測器記錄的火震數據後，首次確證火星存在固體內核，分析其主要成分構成，可能是富含輕質合金元素的結晶鐵質成分。該成果3日發表在國際期刊《自然》（Nature）上，並被選爲期刊新聞稿。

報導指出，作爲太陽系內與地球環境最相似的類地行星，火星一直是行星內部結構與演化研究的重要對象。自2018年研究人員首次獲得火星震直接觀測資料後，儘管已記錄上千次火震數據，但訊號微弱和噪音干擾等問題，仍嚴重限制了對火星深部結構的研究。

報導稱，爲突破這項挑戰，研究團隊創新引入火震陣列分析方法，透過對23個訊噪比較高的火震事件資料的分析，成功提取出穿過火星核的關鍵震相，如在地表反射的PKPPKP（P＇P＇），和在覈函邊界反射的PKKP。

值得注意的是，實際觀測到的PKKP到時，較目前僅考慮液體核的火星速度模型所預測的結果提前了50至200秒。由於地震波在固體中的傳播速度比在液體中快，「因此，這一差異表明，火星核具有分層結構，即外層爲液體核，而更深部則存在一個波速更高的固體內核」。

在進一步分析中，研究團隊首次在火震資料中辨識出被視爲「固體內核標誌」的PKiKP震相訊號，這項發現爲火星存在固體內核提供了證據。結合不同火核震相，團隊測得火星固體內核半徑約600公里，佔火星半徑的5分之1。如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，研究團隊進一步對內核的礦物組成進行了分析。結果顯示，火星核並非純鐵鎳組成，還可能包含12%至16%的硫、6.7%至9%的氧，及不超過3.8%的碳。

研究指出，這種含有輕元素的星核結構，不僅爲火星磁場「從早期活躍到如今沉寂」的演化歷程提供了重要線索，也爲對比地球與其他類地行星的內部演化差異奠定關鍵基礎。

報導稱，這項研究「首次在地球以外的行星中確認了固體內核的存在，證實了火星與地球相似的核函分異結構」。研究團隊創新發展的火星地震學方法，爲未來探月等任務中，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。也標誌着大陸科研團隊在行星內部結構探測領域中邁出關鍵一步。