祝賀：中國科學技術(shù)大學最新Nature

對于巖石行星，固體內(nèi)核的存在對內(nèi)核的組成和熱演化以及行星1-3的磁歷史有著顯著的影響。在火星上，地球物理觀測證實，核心至少部分是液態(tài)的，但尚不清楚核心的任何部分是否是固態(tài)的。

2025年9月3日，中國科學技術(shù)大學孫道遠團隊在Nature在線發(fā)表題為“Seismic detection of a 600-km solid inner core in Mars”的研究論文，該研究對InSight任務獲得的地震數(shù)據(jù)進行了分析，證明火星有一個堅固的內(nèi)核。

該研究確定了兩個地震相，深核過渡相PKKP和指示內(nèi)核的內(nèi)核邊界反射相PKiKP。反演將火星內(nèi)核的半徑限制在613?±?67?km，在額外的內(nèi)核相關(guān)地震相的支持下，內(nèi)核邊界的壓縮速度跳躍約為30%。這些特性意味著不同的輕元素集中在內(nèi)核中，通過內(nèi)核結(jié)晶與外核分離。這一發(fā)現(xiàn)為理解火星的熱和化學狀態(tài)提供了一個錨點。此外，內(nèi)核形成與火星磁場演化之間的關(guān)系可以為行星體的發(fā)電機生成提供見解。

行星內(nèi)部內(nèi)核（IC）的存在在行星演化中具有重要意義，因為它的生長會影響行星的熱狀態(tài)和發(fā)電機過程。作為核心結(jié)晶的結(jié)果，IC的當前尺寸和物理狀態(tài)是地球熱和成分特性的直接指標。盡管地球有一個完善的IC，但除了月球之外，還沒有對其他行星體的IC進行決定性的識別。

火星的核心結(jié)構(gòu)可能與地球明顯不同，因為它們有著不同的磁歷史。盡管火星的古老地殼具有強烈的磁化作用，但目前火星上缺乏全球發(fā)電機場意味著過去發(fā)電機的停止?；鹦呛诵膬?nèi)發(fā)生的過程，包括潛在的結(jié)晶，及其對發(fā)電機活動的影響，仍然知之甚少。大地測量觀測排除了完全固體的核心，宇宙化學數(shù)據(jù)表明，考慮到其輕元素含量，核心可能是液體。InSight火星任務的最新發(fā)現(xiàn)進一步證實了液態(tài)火星核心的存在，在核心-地幔邊界（CMB）檢測到地震反射波，核心過境波和自由核心章動的約束。

不同火星核心地震階段的射線路徑（圖源自Nature）

在這項最新研究中，研究團隊通過分析美國 NASA“洞察號”（InSight）火星探測器記錄的火震（火星上的地震）數(shù)據(jù)，首次證實了火星存在固態(tài)內(nèi)核。研究團隊識別出兩個關(guān)鍵火震波相：深部穿核波相（PKKP）與內(nèi)核邊界反射波相（PKiKP），這些波相為火星內(nèi)核存在提供了直接證據(jù)。反演結(jié)果表明，火星固態(tài)內(nèi)核半徑約 613±67 公里，且火星外核與內(nèi)核之間存在約 30% 的波速跳變和約 7% 的密度差異。這一波速跳變特征進一步被其他與內(nèi)核相關(guān)的火震波相所支持。這些物理特征表明，火星內(nèi)核通過核心結(jié)晶分異富集了與外核顯著不同的輕元素成分，火星內(nèi)核并非純鐵鎳構(gòu)成，還可能包含 12%—16% 的硫、6.7%—9.0% 的氧及不超過 3.8% 的碳等輕元素。該發(fā)現(xiàn)為揭示火星熱化學狀態(tài)提供了關(guān)鍵錨點。更重要的是，火星內(nèi)核形成過程與火星磁場演化之間的潛在關(guān)聯(lián)，可能為不同行星體的發(fā)電機過程提供新的物理機制認識。

參考信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09361-9