NASA的火星探测器“洞察号（InSight）”从2019年初开始使用地震仪，一个被称为“内部结构地震实验”（SEIS）的仪器。该仪器收集了解火星内部构造所需的数据。结果，不仅了解了火星核的大小，还了解了火星的地壳和地幔。

NASA火星探测器“洞察”的测定数据表明，火星内部潜藏着比预想更大的核。

2018年登陆火星的洞察号搭载了高灵敏度的地震仪。这是人类首次向其他行星发射的地震仪。7月22日在学术杂志《科学》上发表了通过分析这些数据，了解火星内部构造的3项研究成果。

从内部构造可以看到火星的形成

一直以来，人们都在利用在地下传播的地震波来了解地球的内部构造。因为在不同构造的交界处，地震波的速度和方向会发生变化。用同样的方法对火星进行地震波调查的结果显示，火星内部果然分为好几层，中心有一个直径约3700公里的核。

继地球和月球之后，火星是人类第三个通过地震数据直接测定核大小的天体。地球的核是在1900年代初期测定的，月球是在2011年测定的。洞察号不仅测定了火星的核，还测定了地幔和地壳，如果把这些结果全部加在一起，就可以对火星的历史有更详细的了解。

在过去的45亿年间，火星是如何形成和变化的呢?这个曾经充满液体水、拥有磁场、可能有生命的星球，是如何变成今天这样沙漠广阔的严酷环境的呢?

洞察号地震仪

解开洞察号数据并弄清火星的内部结构是一项艰巨的任务。在地球上使用由数万台地震仪组成的网络观测地震波，但火星只有一台洞察号地震仪。

而且，火星与地球不同，几乎不会发生大地震。即使是火星上最大的地震，如果不是站在震中几公里以内，人的身体是不会感觉到的。因为洞察号地震仪极其敏感，在地震很少的火星上，即使是在远处发生的极小的摇晃也能感知到。此次洞察号携带了更灵敏的地震仪，且有高分辨率火星勘测轨道飞行器影像帮助定位震源。

尽管如此，由于该地震仪的灵敏度很高，这本身就造成了一些问题。虽然，洞察号工作人员为SEIS设计了一个圆顶罩，目的是为了防止它受到风和其他非地震活动引起的振动的环境原因的影响。比如风的声音、飞舞的沙尘、因气温的变化而在内部产生的灰尘和破裂声等杂音还是很难完全隔绝。

火星核的直径

和地球上的地震波一样，火星的地震波也有P波和S波。P波可以通过固体、液体、气体，而S波只能通过固体。利用这种性质，就可以推测出行星的内部构造。在火星内部，P波可以通过固体地幔前方的液体核，但S波无法进入核。一部分S波在地核和地幔的分界面上反弹，回到地表。

包括瑞士苏黎世联邦理工大学的行星地震学家西蒙·施泰勒在内的洞察号的研究人员们，正在寻找这种反弹。研究小组从2019年7月发生的地震数据中得到启发，调查了是否有地震波分3个阶段到达的地震。这是一场P波、S波以及数百秒后反弹回来的微弱S波的地震。

结果显示，火星发生了6次地震。将此与5000种火星地幔的模型进行对照，发现地震波是在地下约1600公里处撞击到什么而反弹回来的。这里是固体的地幔和液体的核之间的分界面。

以这个边界面的深度为基础，洞察号团队推测，火星核的直径为3580 ~ 3740公里，比之前认为的稍微大一些。也就是说，火星核的平均密度比想象的要低一些。这一推测与过去的研究成果相结合，可以认为液体的核由铁和镍组成，含有总重量的10 ~ 15%的硫，以及少量的氧、氢、碳等轻元素。

火星磁场的消失

另外，火星的地幔没有地球那样的深度和压力，所以也没有形成下地幔。以地球为例，在地下约660公里深处存在着由高温高压岩石构成的下地幔，将核的热量封闭起来。火星核容易冷却的原因，也可以说是因为没有这个下地幔。

也许正是这种容易冷却的温度，帮助远古时期火星核的热转移，创造出了包裹整个行星的磁场。

虽然现在的火星不存在这样的磁场，但火星南半球的地壳具有很强的磁性。这表明，45亿~ 37亿年前，火星上曾有过类似地球的磁场。火星失去磁场，与大气的大部分丢失有关联，如果知道磁场消失的原因，火星成为像现在这样干燥的不毛星球的时期和原因也有可能被揭开。

火星没有地壳运动却存在火山

根据发表在《科学》杂志上的第二篇论文，由苏黎世联邦理工大学的地球物理学家阿米尔·汗带领的团队，利用火星的地震数据，发现大约400 ~ 600公里的地下温度发生了巨大的变化。在上面的地壳和地幔构成了传热的岩石圈。另一方面，下面的地幔就像黏性的液体，缓慢地对流着热量。

此外，火星地壳下部富含能发热的元素。其量是其下方地幔的13 ~ 21倍。这些结果或许能解释火星没有地壳变动却存在火山的原因。

地壳可以有两种解释。一个是由2层组成的厚度为20公里的地壳，另一个是由3层组成的厚度为39公里的地壳。如果弄清楚哪个是正确的，这也将成为了解火星的起源和至今为止的变化的线索。