中国科大首次证实发现火星存在固态内核

【环球网科技综合报道】9月4日消息，中国科学技术大学今日宣布，该校孙道远教授、毛竹教授团队联合国外学者，通过深入分析美国国家航空航天局洞察号（InSight）探测器记录的火震数据，在行星科学研究领域取得重大突破性进展——首次确证火星内部存在一个半径约600千米的固态内核，并揭示其主要成分为富含轻元素的结晶铁镍合金。9月3日（北京时间），这项重要成果发表于国际顶级学术期刊《自然》，并被选为该期刊新闻稿，标志着我国在行星内部结构探测领域迈出关键一步。

火星作为太阳系内与地球环境最为相似的类地行星，一直是人类探索行星内部结构与演化的重要对象，也是深空探测的核心目标之一。然而，对行星深部结构的探测向来充满挑战。以地球为例，科学家1936年才通过地震波首次推测内核存在，彻底确认固态内核则耗时近半个世纪，直至20世纪80年代才完成。对于火星，其内部结构探索难度更大，2018年人类才首次获得火星震直接观测数据。尽管目前已记录上千次火震数据，但信号微弱、噪声干扰等问题，仍严重限制着对火星深部结构的深入研究。

面对这一科研难题，研究团队创新引入火震阵列分析方法，对23个信噪比较高的火震事件数据展开细致分析，成功提取出穿过火星核的关键震相，包括在地表反射的PKPPKP（P＇P＇）震相以及在核幔边界反射的PKKP震相。研究中一个关键发现是，实际观测到的PKKP震相到时，比当前仅考虑液态核的火星速度模型预测结果提前了50至200秒。由于地震波在固体中的传播速度快于液体，这一差异清晰表明火星核具有分层结构：外层为液态核，更深部则存在一个波速更高的固态内核。

更具说服力的是，研究团队首次在火震数据中识别出被视为“固态内核标志”的PKiKP震相信号，为火星存在固态内核提供了直接且有力的证据。结合不同火核震相数据，团队精确测得火星固态内核半径约600公里，占火星半径的1/5。若将火星按比例放大至地球大小，其内外核结构比例与地球高度接近。

进一步研究显示，火星外核与内核之间存在约30%的波速跳变和约7%的密度差异。基于这一数据，团队对内核矿物组成展开分析，发现火星核并非纯铁镍构成，还包含12%—16%的硫、6.7%—9.0%的氧以及不超过3.8%的碳。这种含有轻元素的星核结构，不仅为解开火星磁场从早期活跃到如今沉寂的演化谜题提供了重要线索，也为对比地球与其他类地行星的内部演化差异奠定了关键基础。

此次研究成果具有多重重要意义：在科学认知层面，首次在地球以外的行星中确认固态内核存在，证实火星与地球相似的核幔分异结构，深化了人类对类地行星内部结构的理解；在技术方法层面，研究团队创新发展的火星地震学方法，为未来探月等任务中利用地震学探测月球等星体深部结构提供了重要参考；在科研实力层面，彰显了我国在行星科学与地球物理交叉研究领域的创新能力与国际影响力。（纯钧）