目前世界多國掀起了第二次深空探測熱潮,
月球、金星、火星是人類深空探測的首要目標星體。
人類自20世紀50年代以來開展了包括行星在內的深空探測,總體上有兩次熱潮:第一次是在20世紀60~70年代,第二次是20世紀90年代中期至今。這兩次深空探測熱潮有著明顯的特點,第一次是美國和前蘇聯兩國開展的太空競賽,主旨是誰能首先做到;
第二次
是美國、歐盟、日本、中國、印度、以色列等多個國家或組織開展的科學競賽,
目標之一是研究行星內部結構和演化。
地震學是研究行星內部結構和演化過程重要的學科,這主要是因為
地震波在其內部傳播時會記錄其內部結構的速度和分介面等資訊。
儘管這兩次熱潮是在不同的國際環境下開展的,但是相關的科學研究一直在持續,且月震和火星地震研究的論文數量與深空探測熱潮有很高的契合度,今天我們便來看一下外太空的“地震”。
月 震
圖:宇航員在月球靜海安裝月震儀
月震就是發生在月球上類似地震的現象。
月震實驗始於1969年9月,阿波羅11號首次在月球上成功安裝了一個地震臺站。
在阿波羅任務期間部署的月球地震實驗包(ALSEP)是我們目前獲得月震資料的最重要來源。接下來的阿波羅12、14、15、16、17號,每次任務都部署了月震儀,包括被動月震儀、月震檢波器和月球重力儀,但它們均位於月球正面的中低緯度地區。
月震學家對觀測到的月震事件進行了
分類
,主要分為
深部月震、隕石撞擊、淺層月震、熱月震
(由溫度變化引發的區域性小規模月震)和
人工撞擊
。
月震通常規模較小,
最大的淺層月震體波震級約為5級,而深部月震的體波震級則通常小於3級。淺層月震在阿波羅記錄中並不常見,其震級大於其它自然事件。月震波的速率低於地震波的速率。
月震的震源深度
大多在月球表面以下七百公里到一千公里處,而絕大部分地震的震源深度僅幾十公里到十幾公里。
由於月震儀佈設、觀測記錄數量和質量的限制,特別是沒有記錄到遠地點半球的結構資訊,所以
目前還不能全面瞭解月球內部結構資訊
,亟待全新的資料處理方法和全新的高質量月震資料。
嫦娥七號任務擬搭載我國首臺月震儀,這也將是阿波羅計劃50年後首次佈設月震儀。
火 星 震
圖:我國“祝融”號火星車與著陸平臺
火星是人類重點關注甚至有移民願望的行星。
1976年“維京”2號搭載的火星地震儀登陸火星,
並且在登陸後的第80個火星日記錄了第一個疑似火星地震事件。由於火星地震儀是放置在“維京”2號上,地震記錄受噪聲影響嚴重。該疑似火星地震事件持續70 s,震中距約為110 km,里氏震級2。8級。最近的研究認為該事件是陣風引起的擾動。
美國2018年發射了“洞察”號前往火星探測其內部結構,
其科學目標是理解火星形成和演化過程。洞察號搭載了三套科學裝置,其中火星地震儀是最為成功的,並取得了若干的研究進展。
“洞察”號在火星著陸示意圖
地球板塊構造活躍,相應地,地震事件發生十分頻繁,破壞性的地震事件可能導致重大的人口傷亡和經濟損失。
火星的板塊構造幾乎沒有或者很弱,火星地震事件震級非常小,通常在1.3~3.7級之間。
此外受到火星大氣擾動的影響,火星地震記錄的信噪比非常低。迄今為止,共檢測到三個可以清晰識別P波震相的事件,其中兩個可以清晰識別P波和S波震相。
人們對火星地震事件的認識是不斷加深的。目前根據頻譜特徵,
火星地震事件分為兩類:
(1)低頻事件(low-frequency event,
低頻事件是震源位於火星地幔內部,高頻事件的震源位於火星地殼內部
。另外,識別了超高頻事件(super high frequency event,5~30 Hz)可作為高頻事件的特殊案例被報道,也可以作為新的一類火星地震事件。
火星地震事件振幅譜變化所揭示的火星上地幔存在低速層的示意圖
“洞察”號任務是人類第一次把火星地震儀放置到行星的表面並探測地外行星的內部結構。
至今“洞察”號任務中火星地震儀已經正常工作長達2年多,其結構探測主要是火星地殼和火星上地幔。毋庸置疑,這是成功的。但由於未記錄到震級大的火星地震事件而限制了對火星地核的認識。
我國未來火星內部結構探測必將汲取“洞察”號計劃的寶貴經驗,包括打造成建制的一流科學家團隊、研製高精密的火星地震儀、開發高精尖技術方法的軟體系統等,
早日實現我國由深空探測大國到深空探測強國的蛻變。
我國過去、現在和未來開展深空探測的路線圖
參考資料來源:
《月震研究進展與展望》張翔 張金海
《火星地震學與內部結構研究》孫偉家 王一博 魏勇 趙亮
今日震情資訊
中國地震臺網正式測定:06月21日01時48分在四川廣元市青川縣(北緯32。41度,東經105。09度)發生3。2級地震,震源深度12千米。
中國地震臺網正式測定:06月21日01時05分在新西蘭克馬德克群島(南緯30。35度,西經177。60度)發生6。4級地震,震源深度10千米。
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