为什么我们费那么大劲，去观察火星上的地震？
每当音乐厅里的演奏者拨动琴弦时，空气中的质点便会随之振动，并在同一时刻，把这份运动形式继续传递给相邻的质点，以此类推，让振动层层推进，形成声音的涟漪。乐谱的旋律，就这样通过大气，传至你我身旁；把演奏者刻画在琴弦上的心思，留响在你我耳边。
而当这旋律飘入物理的殿堂之时，学者们会说，它的本质，叫做机械波
机械波是物质内部质点振动行为的传播。不仅大气会振动，万事万物，无论固体、气体、液体，都会产生振动。
这些振动中的大部分，都超出了我们耳膜可以收听到的范围，但与声波并无二致的是，它们同样能够携带信息：无论是发振物质自身的特征属性、还是传播路径中的“崎岖坎坷”，在最终接收到的机械波里，都会留下如实反映的信号。正是由于机械波这种可以穿过（光线无法透过的）物质的特性，使我们得以认识那些无法用双眼直接观察到的世界。它是能够穿透层层障壁的另一套“视线”，帮助我们揭开纵使有千里眼也无法参透的重重谜团。 而这一次，发生振动的，并不是音乐厅里的琴弦，而是宇宙中的一颗天体。 我们的邻居，火星 来自洞察号的信息 今年4月6号那一天，火星地震了 这事儿是“洞察号”刚刚告诉我们的。在火星勘探史上，洞察号勘探器（InSight）是一个不折不扣的新兵，上岗至今也就半年左右吧。半年前，人们可是为它好生庆祝了一番——庆祝它成功发射，庆祝它成功入轨，庆祝它成功落在火星表面，庆祝它成功走向今后的工作岗位。 可NASA斥资几亿美元，并不是为了表现人类有本事把一个东西成功送上火星的——这对现今的人类来说已经不是难题啦。人类派它上去，是为了让它踏踏实实在那边干活。 干什么活呢？收听火星大地的振动 音乐厅的振动里有乐曲的信息，大地的震动里就有大地的信息。洞察号的首要职责就是，当火星地壳发生地震时，接收并确认这些信息，把它如实报告回来，让人类有机会去破译一颗行星的内部结构 洞察号延伸机械臂，在火星表面放下地震仪丨NASA 惊喜来得太快 说实话，人们一开始并没指望它这么快就能收听到一次火星的地震。 在人们的认知里，火星已经不太会震了。 它的内部无法进行活跃的地质活动，就像一滩死水，不会频繁掀起机械波的“涟漪”。甚至洞察号的设计者一开始设计这个方案的时候，也并非抱定了确凿的信念、认为就一定能监测到火星上原发地震的产生。 因为火星的震动很可能“如此微小，差不多是原子的尺度 毕竟和地球不同，火星没有地壳板块运动，没有频繁而剧烈的地震，“火震”更可能来自火星冷却造成的行星表面收缩，或者行星内部深处的岩浆运动。 科学家们甚至把期望的筹码押在了外来的小行星身上，指望着兴许哪天会有一颗愣头青般的小行星一头栽到火星表面，靠外来的冲击，激起火星表壳的震荡，然后借助这些外界诱发的震波来探测火星内部结构。 可这才时隔不到半年，洞察号就真的监测到了一次疑似火星地震的信号，而且震源像是来自内部。这次震动不大，相当于一次2~2.5级的地震 正在火星上捕获射线的洞察号丨nasa 地震波在火星内部会进行传播和反弹，从而反应出火星内部的立体构造，原理基本类似于用超声波检查人体内部。有了这些信号，人类就可以“看”到火星地壳内部的结构了：它有多厚的地壳和地幔？它的地壳和地幔分别是什么成分？地壳和地幔内部是否还有更复杂的结构？等等。 回答这些问题，本身就可谓人类太空探测史上的一份壮举。可这些成就就算达成，也不过仅仅触到了科学家们真正意图的冰山一角。 音乐厅里的声波为我们传达的最直观信息，是这首乐曲的结构与组成——旋律的起伏、节奏的快慢、声部的交错……但这些信号，却并不是这部乐章要传达给你的最终目的。它们本身同样是一种媒介，一种传达音乐家心中图景与观念的媒介。换句话说，信息本身承载着更深层的信息。故事本身蕴藏着更扑朔迷离的故事。 而科学家真正的野心，便是想弄清这信息背后的信息、故事背后的故事。 比如通过火星的内部结构，进一步推测太阳系早期的演化历史 凝固的叙事篇章 火星已死 这在目前基本算是一个科学共识了——它的内部热量不足以驱动它进行复杂的内动力地质活动。今日的火星上，没有火山喷发，没有沧海桑田的变换，没有高山的隆起和盆地的断陷。我们在地球上熟知的一切地壳演化与变迁….在邻居火星那里，都几乎找不到存在的痕迹。 毫无生气的火星表面丨JPL - NASA 这事儿说穿了，还是因为我们地球自身的环境太过独特，以至于我们把自己家园的这份放到宇宙里可谓独一无二的环境，当成了生活里的稀松平常。 事实是，地球处在一个恰好的体积、恰好的距离、恰好的大气含量、恰好的内部结构 随便换一个星球，上述条件可能就千差万别，我们在地球上见怪不怪的一切环境要素——加上我们生物圈自身——可能都属奢侈。 比如火星。 它体积太小，早早地冷却，早早地关掉了自身内动力地质活动的开关，因此，它整个地壳的结构特征，就随之凝固在了几十亿年前那个逐渐冷却的时代。后续再也没有任何翻天覆地的动荡，覆盖掉那份原初的信息。不像地球，活跃的地壳板块已经抹去了所有早期历史的遗迹。火星这份亿万年后也依旧保存完好的古老岩石圈结构，可以说是太阳系早期岩质行星演化的完好记录。 图丨nasa 我们应该感谢洞察号，如果没有它，人类至今仍然无法收听到来自火星的地震。听不到火星的地震，我们就失去了一个洞察火星内部结构的重要窗口。没有这份重要的窗口，我们对太阳系早期演化史的认识，不知要在推测层面再停留多少年。真心希望洞察号收获的这批数据里，能够为人类带来一些突破性的知识。 比如一旦发现火星的岩石圈具有水平方向的非均质性，可能就会是板块构造的结果，说明火星早期也和地球一样，大陆频繁挪移，山脉起伏绵延。 比如一旦发现岩石圈具有广泛的水成沉积层，说明火星或曾拥有蓝色的大洋，洋面波光粼粼，海涛乘风万丈。 以及长英质的岩石、热液的矿脉、凝固的岩浆房、巧妙排列的断裂体系…我们在地球岩石圈中见到过的一切丰富的结构与构造，背后都指向一部部独特的环境特征。 而如果火星也曾拥有这一切，说明它早期的演化，可能和地球一样复杂、和地球一样活跃，和地球一样生机勃勃。 毕竟，咱们自己星球上的太初生命，就诞生在那个翻天覆地的时代。 这一切会不会得到确认呢？目前还暂时无法回答。但至少，火星的地震会忠实记录它内部的一切，岩石圈的振动就如同一部广播，把埋藏在一颗星球深处的言语，播送到它的表层，直面浩瀚的宇宙。 倘若确认了今日的火星能够发震，那么可想而知，自它诞生起这46亿年来，从活跃的时代，到冷却的时代，一直至今日，可能有无数次的广播曾经在这颗星球的表面回响过。它一次次诚恳地表述着自己的身世，自己的面貌，表述着自己那横穿悠久时光、却独一无二的故事。 只不过在没有聆听者的时代，这些携带着丰富信息的星之波动，永远只能迎来唯一的结局：振动的能量逐渐耗尽，一点点消散在宇宙那冰冷广袤的寂静中 这颗星球大概想不到，几十亿年后，自己迎来了第一位聆听者。 它来自另一颗行星，想听到这儿原初的啼鸣。 作者：溯鹰 编辑：游识猷，李小葵 参考文献 [1]NASA’s InSight Detects First Likely “Quake” on Mars. (2019, April 23). https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7383 本文来自果壳，未经授权不得转载.如有需要请联系[email protected]
