我们常说由表及里,对事物的研究从表面到里面。对于人类登录火星、探测火星其实以往的研究我们流于表面。美国宇航局准备对火星的地表之下进行研究:火星岩石地表以下的分析探测设备(洞察号或洞察力号),将于2018年投入使用(链接)。本站称之为火星移民前站工程,不过NASA宣称该研究目的是了解:太阳系中包括地球在内的类地行星的起源与演化过程。
图片来源:NASA
记得《火星叔叔马丁》么?神奇的马丁叔叔总让当时年少的我们痴狂,而那颗遥远的红色星球,则吸引着众多科学家以及天文爱好者无比赤诚的目光。
几十年来,我们人类对火星的探索从未间断。“勇气”号、“机遇”号、“凤凰”号、“好奇”号等探测器已经登陆火星。但一直以来,人类对火星的探索都“浮于表面”。对火山、峡谷、岩石、土壤这些火星地表特征的种种研究,让我们对火星有了初步的了解。美国国家航空航天局(NASA)近日宣布,“洞察”号将加入探索火星的队伍 。这个“新进小子”将走一条不同于“前辈”的探索之路:它将深入探查火星内部,让科学家通过火星,了解太阳系中包括地球在内的类地行星的起源与演化过程。
探查火星内部,揭示类地行星演化之谜
“洞察力”(InSight)是个很贴切的名称,非常适合星际探索的头衔,也和NASA此次任务的主要内容契合。实际上,InSight是“利用地震调查、测地学和热传输进行内部探查”的英文首字母缩写,它不仅仅是一个火星任务,其中也隐含着NASA了解地球起源与演化秘密的期许。在NASA眼中,火星就如同一块他山之石,科学家们希望通过对其内部深层结构的探测,来解决太阳系行星科学中的一个基本问题——40多亿年前,太阳系内的类地行星是如何形成的?
一般来说,类地行星的形成是从一种叫做“吸积”的过程开始的。初始核心不断地捕获、吞吃周围物质,随着体积的增加,内部温度会逐渐升高并融化,而后随着冷却和再结晶,逐渐演变成我们今天所知的包含地核、地幔和地壳的类地行星。虽然所有的类地行星都有类似的结构,但它们绝非完全一样,没有统一模板,每一颗类地行星都经过一个被称为“分化”的过程,才变成它们目前的样子。而对这一过程,科学家们知之甚少。“洞察力”任务的主要目标,就是探查火星内部深层结构,了解行星的“分化”之谜,以揭示太阳系内类地行星的演化过程。
此外,通过对火星上的构造活动和陨石撞击进行深入研究,为了解地球上的类似活动提供线索,也是“洞察力”任务的目标之一。
为什么是火星?因为它有一个“好身材”
太阳系有八大行星,和地球相似的兄弟也不止火星一个,水星、金星也都是类地行星。NASA为什么要选择通过火星来了解类地行星的演化过程?或许原因不止一个,但“洞察力”任务项目首席科学家,NASA喷气推进实验室的布鲁斯·班尼特的看法绝对是最权威的。他指出,选择火星,是因为它有一个“好身材”。“火星不大不小,正合适”,班尼特这样表述。
火星有多大?直径6794千米,大约是地球直径的一半。这个体量,正是NASA科学家眼中的“完美身材”。
首先,它足够大,足以支撑其进行早期的内部加热和分化过程,进而形成类地行星。可以说,对火星演化的理解基本上可适用于水星、金星和地球。同时,它又足够小,导致其地质活动远没有地球、金星活跃,因而能够在经过40多亿年的漫长时间后仍保留着演化印迹。虽然水星比火星还小,可能会有类地行星早期形成过程的证据,但它离地球太远而又离太阳太近了,以如今人类掌握的科技水平登陆水星,想都不要想,更遑论对其内部进行探查了。
正因有着一个“好身材”,火星才成为科学家了解类地行星演化过程的最佳目标。火星地壳的厚度和分层、地幔的密度和层理、地核的大小和密度、热量从内部散逸的速率等信息,蕴含着太阳系中类地行星形成过程的最深入、最准确的记录。它就如同一本“历史书”,内含诸多的“秘闻、真相”,需要科学家们一点儿一点儿地挖掘。