【科學講堂】用地震波聽「行星心跳」 證火星具固態核心

火星的內部結構如何？這一問題的解答對我們深入理解太陽系的形成過程具有重要意義。以往我們通過分析地震數據來研究地球的內部結構，而近期類似的技術被應用於火星，並首次證實火星同樣擁有一個固態核心。本文將簡要介紹這一研究進展。

火星的內部結構如何？這一問題的解答對我們深入理解太陽系的形成過程具有重要意義。以往我們通過分析地震數據來研究地球的內部結構，而近期類似的技術被應用於火星，並首次證實火星同樣擁有一個固態核心。本文將簡要介紹這一研究進展。

早在1936年，丹麥地震學家英格·雷曼（Inge Lehmann）就利用稱為縱波（P波）的地震波證實了地球具有一個固態內核。

2018年，人類在火星上設立了地震監測站，並在隨後的四年中通過記錄火星地震信號來分析其內部結構。該方法的原理基於地震波在不同介質中傳播特性的差異：當地震波穿過液態核與固態核之間的界面時，一部分波會被反射，另一部分則發生折射，改變傳播方向。這意味着從火星一側產生的地震波可經由不同路徑傳播至另一側；通過比較不同路徑的地震波信號，便可推斷行星的內部結構。

例如，火星表面發生地震產生的地震波可穿過內部傳播至對側，再經地殼反射後被監測儀器記錄。若火星存在固態地核，部分地震波可能直接被該固態核反射回監測站。

在地球上，我們可以借助多個監測站的數據進行比較分析；而在火星上，由於僅設有一個地震儀，科學家轉而利用二十三次火星地震的數據，篩選出傳播路徑經過火星最深部的地震波，以探測該區域的性質。

研究人員測量到經火星內部固態核反射的地震波，為火星存在固態核心提供了直接證據。若火星核心完全為液態，部分地震波抵達監測站的時間將比實際測量值延遲50至200秒。這是因為縱波與聲波類似，在固體中的傳播速度高於液體，因此地震波提前到達表明其傳播路徑中經過固態物質。

根據數據推斷，火星內核半徑約為600公里，相當於火星整體半徑的18%。這也意味着火星核心的溫度可能高達攝氏2,000度以上。

結合以往探測數據，此次火星地震研究進一步揭示了其內部化學成分：火星核心應主要由鐵和鎳構成，內核部分富含氧元素，外核部分則含有較多硫和碳。通常，流動的金屬核可為行星產生磁場，然而現今火星卻未發現全球性磁場。

這一現象可能表明火星固態內核的形成與演化過程十分緩慢。任何關於火星結構的模型都需考慮其現代缺乏磁場的特徵。

小結

近年來的太空探索拓展了我們對太陽系的認知，同時也揭示出許多尚未解決的問題。遺憾的是，太空探索與數據收集受到諸多因素的限制。期待未來能開展更多太空科學任務，進一步拓寬我們的知識視野。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。