美國宇航局洞察號任務的國際團隊利用法國開發的甚寬帶 SEIS 地震儀在火星上探測到的大約 12 次地震獲得的信息，揭示了火星的內部結構。2021年7月23日發表在Science雜志上的三篇論文涉及來自法國機構和實驗室的眾多合著者，包括 CNRS、巴黎地球物理研究所和巴黎大學，并特別得到法國航天局 CNES 和法國國家研究機構 ANR 的支持，提供，首次基于對由其內部界面反射和修改的地震波的分析，估計了行星核心的大小、地殼的厚度和地幔的結構。這是對地球以外類地行星內部結構的首次地震勘探，也是了解火星形成和熱演化的重要一步。

在美國宇航局的洞察號任務之前，對火星的內部結構仍然知之甚少。模型僅基于軌道衛星收集的數據以及對墜落地球的火星隕石的分析。僅根據重力和地形數據，地殼的厚度估計在 30 至 100 公里之間。行星慣性矩和密度的值表明其核心半徑為 1,400 至 2,000 公里。然而，火星的詳細內部結構以及地殼、地幔和地核之間的邊界深度完全未知。

隨著 SEIS 實驗于 2019 年初在火星表面成功部署，任務科學家，收集并分析了火星一年（近兩個地球年）的地震數據。

需要指出的是，在地球上要通地震波來確定地下結構、通常需要一個以上的地震波檢測臺站。然而，在火星上，目前科學家們只有一個站就是洞察號。因此，有必要在地震記錄中搜索以各種方式與火星內部結構相互作用的波的特征，并對其進行識別和驗證。這些新的測量值，再加上對行星內部結構的礦物學和熱學建模，使克服單一站的局限性成為可能。這種方法開創了行星地震學的新時代。

一個地震站點，多個發現

火星上的另一個困難是其低地震活動和大氣產生的風噪震動。在地球上，地震要強得多，而地震儀更有效地位于地下，從而可以獲得地球內部的準確圖像。因此，必須特別注意數據。“雖然火星地震的震級相對較低，通常小于 3.5級，最大也不會超過4級。

每天，由 CNES、IPGP 和 CNRS 處理并傳輸給科學家的數據都經過仔細清除環境噪聲（與快速溫度變化相關的風和變形）。國際火星地震服務小組 (MQS) 每天記錄地震事件：現已編錄了 600 多個地震事件，其中 60 多個是由相對較遠的地震引起的。

其中大約有十個包含有關行星深層結構的信息：“地震產生的直接地震波有點像我們在山上的聲音：它們產生回聲。正是這些回聲，從地核反射出來，或者在地殼-地幔界面甚至火星表面，我們在信號中尋找這些信號，這要歸功于它們與直接波的相似性，”Lognonné 解釋道。

一個會變化的地殼，一個地幔層，一個大的液體核心

通過比較地震波在到達 InSight 站之前穿過地殼時的行為，確定了地殼中的幾個不連續性：第一個在大約 10 公里的深度處觀察到，標志著一個高度改變結構之間的邊界，由很久以前的流體循環，而地殼只是略有改變。向下約 20 公里處的第二個不連續性以及約 35 公里處的第三個不那么明顯的不連續性揭示了洞察號下方地殼的分層：“為了識別這些不連續性，我們使用了所有最新的分析方法，兩者的地震均為構造起源和環境引起的振動（地震噪聲）。”

在地幔中，科學家們分析了地震期間直接產生的波的傳播時間與這些直接波被地表反射時產生的波的傳播時間之間的差異。這些差異使得僅使用一個臺站就可以確定上地幔的結構，特別是地震速度隨深度的變化。然而，這種速度變化與溫度有關。“這意味著我們可以估計火星的熱流，它可能比地球的熱流低三到五倍，并對火星地殼的成分施加限制，據認為，火星地殼中含有超過一半的發熱放射性元素。地球，”IPGP 的 CNRS 研究員 Henri Samuel 補充道。

最后，在第三項研究中，科學家們尋找從火星核心表面反射的波，其半徑的測量是洞察號任務的主要成就之一。“為了做到這一點，”ISAE-SUPAERO 的研究工程師 Mélanie Drilleau 解釋說，“我們根據觀察到的相位和信號測試了數千個地幔和地核模型。” 盡管與反射波（稱為 ScS 波）相關的信號幅度較低，但觀察到半徑在 1,790 公里至 1,870 公里之間的巖心的能量過剩。如此大的尺寸意味著液體核心中存在輕元素，并對地幔/核心界面處的地幔礦物學產生重大影響。

火星內部結構示意圖

目標達成，新問題出現

兩年多的地震監測已經產生了火星內部結構的第一個模型，一直到地核。因此，火星與地球和月球一起加入了地球行星和衛星的精選俱樂部，這些行星和衛星的深層結構已被地震學家探索過。而且，正如行星探索中經常發生的那樣，新的問題出現了：地殼頂部 10 公里的變化是普遍的，還是僅限于洞察號著陸區？這些最初的模型將對火星的形成和熱演化理論產生什么影響，尤其是在火星表面存在液態水和火山活動強烈的前 5 億年？

隨著洞察號任務的兩年延長以及噴氣推進實驗室通過機械臂挖土滴落的方式成功清潔其太陽能電池板后獲得的額外電力，新數據應該會鞏固并進一步改進火星內部結構模型。

梵觀點：相比地球有一個鐵元素的固態核心，火星更像一個溏心雞蛋。