日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫道遠(yuǎn)教授、毛竹教授團隊聯(lián)合國外學(xué)者在行星科學(xué)研究領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。研究團隊通過深入分析美國國家航空航天局洞察號探測器記錄的火震數(shù)據(jù)，首次確證火星內(nèi)部存在一個半徑約600千米的固態(tài)內(nèi)核，并揭示其主要成分構(gòu)成可能是富含輕元素的結(jié)晶鐵鎳合金。該成果日前發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

  火星作為太陽系內(nèi)與地球環(huán)境最為相似的類地行星，一直是行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)與演化研究的重要對象，也是深空探測的核心目標(biāo)之一。對行星深部結(jié)構(gòu)的探測向來充滿挑戰(zhàn)，以人類最熟悉的地球為例，科學(xué)家直到1936年才通過地震波首次推測內(nèi)核的存在，而徹底確認(rèn)固態(tài)內(nèi)核存在耗時近半個世紀(jì)，至二十世紀(jì)八十年代才完成。相比之下，對火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探索難度更大，2018年才首次獲得火星震直接觀測數(shù)據(jù)。截至目前，盡管已記錄上千次火震數(shù)據(jù)，但信號微弱和噪聲干擾等問題仍嚴(yán)重限制了對火星深部結(jié)構(gòu)的研究。

  為突破這一挑戰(zhàn)，研究團隊創(chuàng)新引入火震陣列分析方法，通過對23個信噪比較高的火震事件數(shù)據(jù)的分析，成功提取出穿過火星核的關(guān)鍵震相。地震波在固體中的傳播速度比在液體中快，經(jīng)實際觀測表明，火星核具有分層結(jié)構(gòu)，即外層為液態(tài)核，而更深部則存在一個波速更高的固態(tài)內(nèi)核。在進(jìn)一步分析中，研究團隊首次在火震數(shù)據(jù)中識別出被視為“固態(tài)內(nèi)核標(biāo)志”的震相信號，為火星存在固態(tài)內(nèi)核提供了證據(jù)。結(jié)合不同火核震相，團隊測得火星固態(tài)內(nèi)核半徑約600公里，占火星半徑的1/5，其內(nèi)外核結(jié)構(gòu)比例與地球高度接近。

  研究團隊進(jìn)一步對內(nèi)核的礦物組成進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，火星核并非純鐵鎳構(gòu)成，還可能包含12%到16%的硫、6.7%到9.0%的氧以及不超過3.8%的碳。這種含有輕元素的星核結(jié)構(gòu)，不僅為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，也為對比地球與其他類地行星的內(nèi)部演化差異奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

  該研究首次在地球以外的行星中確認(rèn)了固態(tài)內(nèi)核的存在，證實了火星與地球相似的核幔分異結(jié)構(gòu)。研究團隊創(chuàng)新發(fā)展的火星地震學(xué)方法，為未來探月等任務(wù)中利用地震學(xué)方法探測月球等星體深部結(jié)構(gòu)提供了重要參考。同時，該成果標(biāo)志著中國科研團隊在行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步，彰顯了我國在行星科學(xué)與地球物理交叉研究中的創(chuàng)新能力與國際影響力。