惊人！重力数据揭示火星比想象中更“活跃”

我们知道火星曾经有活跃的地质过往，充满了水、火山活动以及 动态的地质变化。如今，这颗行星看起来多多少少处于惰性状态——但 这个故事可能还有更多内容。近期的研究揭示的不只是表面的细节。来自重力数据的新见解正在揭示火星地壳之下的隐藏结构，为古代海洋以及可能正在进行的火山活动提供证据。

如同宇宙中的所有天体，地球具有引力。但这种引力在我们星球的表面并非恒定不变。首先，地球不是一个完美的球体。它在赤道处凸起，在两极周围有点扁平。所以，在赤道处，你离地球的中心稍远，因此，引力稍小。这种差异在你下落时不足以让你感觉到，但足够显著，以至于特殊设备可以检测到。

但这不仅与你在地球上的位置有关；也可能存在更多的局部变化。

比如说你在一个大型的铁 矿石矿床 顶部。铁可能比周围的土壤和岩石密度更大——这会造成可检测到的重力差异。这种类型的重力测量在地球上经常被用于探测大规模矿床和地质结构。甚至你的智能手机内部也有一个简单的重力计。

在另一颗行星上进行这种类型的测量当然要困难得多。研究人员使用一种稍有不同的方法，依靠 卫星轨道 的变化。但原理是一样的：你突出显示密度较高从而产生较高或较低引力的区域。

巴特·鲁特（Bart Root），荷兰代尔夫特理工大学的助理教授，在火星上进行了这样一项研究。他利用通过卫星数据测量的重力变化来揭示埋藏在火星北极平原下的密集、大规模结构。他的发现提供了诱人的证据，表明火星可能仍然具有地质活动，特别是在太阳系中最大的火山奥林匹斯山（Olympus Mons）周围的区域。

测量重点在火星的北部平原，据信这里是一个古老海洋的海床。这些平坦的平原被厚厚的沉积层所覆盖，掩盖了任何有关潜伏于下方结构的可见线索。重力数据显示了表面下隐藏的几个神秘特征。这些特征分散在平原上，其密度足够大，即便从表面看不到，也能改变火星的引力场。

这些异常表明特征比周围物质的密度高 300 至 400 千克/立方米，这表明它们要么源自火山，要么是古代撞击事件的结果。

很难解释这些异常现象可能意味着什么。然而，靠近奥林匹斯山可能并非巧合。奥林匹斯山高达 22 千米，让地球上的任何火山结构都黯然失色，但科学家们长期以来一直在争论火星的火山活动是过去式还是正在进行的过程。新的重力数据与火星地幔的模型相结合，表明奥林匹斯山的故事远未结束。

火山所在的塔尔西斯地区本身就是一个异常现象。它高高地位于火星表面的其他部分之上，但却被一个重力低于预期的区域所环绕。虽然火山通常密度大，并产生强烈的引力信号，但塔尔西斯的周边地区却不符合这种模式。这种引力“低谷”多年来一直困扰着科学家，但鲁特的团队或许已经找到了一种解释。

他们的研究表明，地表之下有一个大而轻的物质——大约 1750 千米宽，埋在 1100 千米的深度——可能给整个地区提供了“助力”。这种物质可能是从火星地幔深处升起的巨大熔岩柱，向上推动并支撑着奥林匹斯山及周围火山地区的高度。

如果这是真的，这意味着火星的地幔中仍然有活跃的过程，缓慢地为表面的火山活动提供能量。这将使奥林匹斯山，可能还有其他火星火山，比以前认为的更具动态性。

这种新知识对长期以来“火星在地质上已经死亡”这一假设发起了挑战。相反，它表明火星可能仍经历内部运动，包括地幔对流，也就是来自行星核心的热量驱动着熔岩缓缓向地表移动。这些过程类似于驱动地球上火山活动的过程，表明火星在某些时候可能仍有喷发的能力。

为了进一步探索这些重力异常和火星表面下的隐藏特征，已经提出了一项新任务：火星量子重力（MaQuIs）任务。这项任务由包括鲁特博士和来自德国航空航天中心（DLR）的丽莎·沃纳博士在内的一组研究人员领导，旨在以前所未有的细节绘制火星的重力场。

利用与月球的 GRAIL（重力恢复与内部实验室）任务和地球的 GRACE（重力恢复与气候实验）任务所采用的类似技术，MaQuIs 将全面呈现火星的地下情况。通过测量更精细的引力变化，科学家们希望揭开火星北半球隐藏结构的神秘面纱，并更好地了解奥林匹斯山下方正在进行的过程。

研究团队于 2024 年欧洲行星学会大会（EPSC）上介绍了 MaQuIs 任务的详情，强调了其不仅能够研究地幔对流和火山活动，还能够探测地下水库并监测火星大气的季节性变化的潜力。这项任务将成为我们对火星地质和大气过程理解上的重大飞跃，提供关键信息，可能影响未来的任务以及我们在这颗红色星球上寻找生命的探索。

该研究在 EPSC 上 得以展示 。