驚人！重力數據揭示火星比想象中更“活躍”

我們知道火星曾經有活躍的地質過往，充滿了水、火山活動以及 動態的地質變化。如今，這顆行星看起來多多少少處於惰性狀態——但 這個故事可能還有更多內容。近期的研究揭示的不只是表面的細節。來自重力數據的新見解正在揭示火星地殼之下的隱藏結構，爲古代海洋以及可能正在進行的火山活動提供證據。

如同宇宙中的所有天體，地球具有引力。但這種引力在我們星球的表面並非恆定不變。首先，地球不是一個完美的球體。它在赤道處凸起，在兩極周圍有點扁平。所以，在赤道處，你離地球的中心稍遠，因此，引力稍小。這種差異在你下落時不足以讓你感覺到，但足夠顯著，以至於特殊設備可以檢測到。

但這不僅與你在地球上的位置有關；也可能存在更多的局部變化。

比如說你在一個大型的鐵 礦石礦牀 頂部。鐵可能比周圍的土壤和岩石密度更大——這會造成可檢測到的重力差異。這種類型的重力測量在地球上經常被用於探測大規模礦牀和地質結構。甚至你的智能手機內部也有一個簡單的重力計。

在另一顆行星上進行這種類型的測量當然要困難得多。研究人員使用一種稍有不同的方法，依靠 衛星軌道 的變化。但原理是一樣的：你突出顯示密度較高從而產生較高或較低引力的區域。

巴特·魯特（Bart Root），荷蘭代爾夫特理工大學的助理教授，在火星上進行了這樣一項研究。他利用通過衛星數據測量的重力變化來揭示埋藏在火星北極平原下的密集、大規模結構。他的發現提供了誘人的證據，表明火星可能仍然具有地質活動，特別是在太陽系中最大的火山奧林匹斯山（Olympus Mons）周圍的區域。

測量重點在火星的北部平原，據信這裡是一個古老海洋的海牀。這些平坦的平原被厚厚的沉積層所覆蓋，掩蓋了任何有關潛伏於下方結構的可見線索。重力數據顯示了表面下隱藏的幾個神秘特徵。這些特徵分散在平原上，其密度足夠大，即便從表面看不到，也能改變火星的引力場。

這些異常表明特徵比周圍物質的密度高 300 至 400 千克/立方米，這表明它們要麼源自火山，要麼是古代撞擊事件的結果。

很難解釋這些異常現象可能意味着什麼。然而，靠近奧林匹斯山可能並非巧合。奧林匹斯山高達 22 千米，讓地球上的任何火山結構都黯然失色，但科學家們長期以來一直在爭論火星的火山活動是過去式還是正在進行的過程。新的重力數據與火星地幔的模型相結合，表明奧林匹斯山的故事遠未結束。

火山所在的塔爾西斯地區本身就是一個異常現象。它高高地位於火星表面的其他部分之上，但卻被一個重力低於預期的區域所環繞。雖然火山通常密度大，併產生強烈的引力信號，但塔爾西斯的周邊地區卻不符合這種模式。這種引力“低谷”多年來一直困擾着科學家，但魯特的團隊或許已經找到了一種解釋。

他們的研究表明，地表之下有一個大而輕的物質——大約 1750 千米寬，埋在 1100 千米的深度——可能給整個地區提供了“助力”。這種物質可能是從火星地幔深處升起的巨大熔岩柱，向上推動並支撐着奧林匹斯山及周圍火山地區的高度。

如果這是真的，這意味着火星的地幔中仍然有活躍的過程，緩慢地爲表面的火山活動提供能量。這將使奧林匹斯山，可能還有其他火星火山，比以前認爲的更具動態性。

這種新知識對長期以來“火星在地質上已經死亡”這一假設發起了挑戰。相反，它表明火星可能仍經歷內部運動，包括地幔對流，也就是來自行星核心的熱量驅動着熔岩緩緩向地表移動。這些過程類似於驅動地球上火山活動的過程，表明火星在某些時候可能仍有噴發的能力。

爲了進一步探索這些重力異常和火星表面下的隱藏特徵，已經提出了一項新任務：火星量子重力（MaQuIs）任務。這項任務由包括魯特博士和來自德國航空航天中心（DLR）的麗莎·沃納博士在內的一組研究人員領導，旨在以前所未有的細節繪製火星的重力場。

利用與月球的 GRAIL（重力恢復與內部實驗室）任務和地球的 GRACE（重力恢復與氣候實驗）任務所採用的類似技術，MaQuIs 將全面呈現火星的地下情況。通過測量更精細的引力變化，科學家們希望揭開火星北半球隱藏結構的神秘面紗，並更好地瞭解奧林匹斯山下方正在進行的過程。

研究團隊於 2024 年歐洲行星學會大會（EPSC）上介紹了 MaQuIs 任務的詳情，強調了其不僅能夠研究地幔對流和火山活動，還能夠探測地下水庫並監測火星大氣的季節性變化的潛力。這項任務將成爲我們對火星地質和大氣過程理解上的重大飛躍，提供關鍵信息，可能影響未來的任務以及我們在這顆紅色星球上尋找生命的探索。

該研究在 EPSC 上 得以展示 。