作為地球的“近鄰”，火星一直備受人類的關(guān)注，早在上世紀(jì)70年代，人類的探測(cè)器就已經(jīng)在對(duì)火星進(jìn)行近距離探測(cè)了，而根據(jù)探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了火星有一個(gè)非常怪異的特征，那就是火星的南北半球存在著明顯的自然分界。

探測(cè)數(shù)據(jù)表明，火星南半球主要是崎嶇不平的高原地形，而北半球則主要是平緩的低地平原，兩者之間的平均高度差異可達(dá)3公里，由于這樣的地形差異將火星分為兩個(gè)截然不同的半球，因此科學(xué)家將其稱為“火星二分”（Martian dichotomy）。

火星南北半球如此巨大的差異，究竟是由什么原因造成的？對(duì)此科學(xué)家們提出了多種假說，其中認(rèn)同度相對(duì)較高的有兩種。

第一種被稱為“內(nèi)因假說”，該理論認(rèn)為，火星內(nèi)部的熱量傳導(dǎo)不均，導(dǎo)致了火星內(nèi)部物質(zhì)不均勻的升降運(yùn)動(dòng)，最終形成了南北半球的巨大差異。也就是說，火星內(nèi)部的物質(zhì)在溫度的驅(qū)動(dòng)下會(huì)上升并冷卻，如果這種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)不均勻，就可能會(huì)造成火星南北半球的地形差異。

第二種被稱為“外因假說”，該理論認(rèn)為，火星之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，應(yīng)該是與小天體的碰撞密切相關(guān)，該理論推測(cè)，在很久很久之前，一顆巨大的小天體，或者多個(gè)相對(duì)較小的小天體與早期火星發(fā)生了碰撞，劇烈的碰撞可能導(dǎo)致了火星南北半球地殼厚度的不均，最終形成了我們所見的“火星二分”。

盡管這兩種假設(shè)都有其理論基礎(chǔ)，但在過去的日子里，科學(xué)家們并未找到有說服力的證據(jù)來支持其中的任何一種，就這樣，“火星二分”之謎，困擾了科學(xué)家50多年。好消息是，根據(jù)一項(xiàng)近日發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》 上的研究，這個(gè)謎題現(xiàn)在可能已有了答案。

此次研究來自一個(gè)由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所與澳大利亞國立大學(xué)的科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，其主要研究目的就是，利用“洞察號(hào)”火星車上傳回的火星地震波數(shù)據(jù)，揭示造成“火星二分”的真正原因。

簡單來講，當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诨鹦莾?nèi)部傳播時(shí)，其頻率、振幅、相位、傳播路徑等參數(shù)會(huì)受到其內(nèi)部物理特性的影響，發(fā)生相應(yīng)的變化，通過對(duì)火星上的地震波進(jìn)行細(xì)致的分析，科學(xué)家就能夠了解到火星內(nèi)部各層的物理屬性（如密度、溫度分布和物質(zhì)狀態(tài)等），從而推斷出其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和組成。

在此次研究中，科學(xué)家開發(fā)出了先進(jìn)的技術(shù)，大幅壓制了火星地震波數(shù)據(jù)的噪聲干擾，同時(shí)優(yōu)化了相關(guān)的定位方法，并以此深入分析火星南北半球的地震波數(shù)據(jù)。

研究結(jié)果表明，火星南半球的地震波傳播速度相對(duì)較慢，且能量衰減較快，而在北半球，地震波則表現(xiàn)出較為平穩(wěn)的傳播特征，而這就意味著，火星南半球的地殼溫度較高，物質(zhì)密度也因此相對(duì)較小，而北半球的地殼相對(duì)較冷，物質(zhì)密度則相對(duì)較大。

在此之后，科學(xué)家綜合該研究結(jié)果與已有的動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬、火星古磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)、生熱元素含量等理論模型，提出一種合理的解釋，即：火星南半球的內(nèi)部溫度比北半球更高，而正是這種溫差，導(dǎo)致了火星內(nèi)部的物質(zhì)流動(dòng)（即火星地幔的對(duì)流過程）在南半球更強(qiáng)。

科學(xué)家指出，這樣的情況在早期火星上就應(yīng)該存在，在此情況下，更高的溫度就會(huì)使得南半球的火星地幔的粘滯度降低，物質(zhì)更容易流動(dòng)，從而加劇了熱對(duì)流。

考慮到火星地幔的物質(zhì)成分與地球的地幔相比沒有本質(zhì)上的不同，因此可以認(rèn)為，這種溫度差異在早期火星形成南北半球地形差異的過程中起到了主導(dǎo)作用，也就是說，這很可能就是“火星二分”之謎的真正答案。

就目前的情況來看，雖然此項(xiàng)研究為揭示火星南北半球地形差異的形成提供了很有說服力的證據(jù)支持，但仍然需要更大范圍的火星探測(cè)任務(wù)來進(jìn)一步驗(yàn)證，期待在未來的研究中，科學(xué)家能有更多的發(fā)現(xiàn)。

參考資料：Constraints on the Origin of the Martian Dichotomy From Southern Highlands Marsquakes，Geophysical Research Letters, 2025, 52(1): e2024GL110921. DOI:10.1029/2024GL110921.