新类型的火星地震揭示了每日的陨石撞击

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由苏黎世联邦理工学院和伦敦帝国理工学院共同领导的国际研究小组利用地震数据首次估算出全球陨石撞击火星的概率。他们的研究结果表明，每年有 280 到 360 颗陨石撞击火星，形成直径超过 8 米（约 26 英尺）的陨石坑。
这项研究的共同负责人杰拉尔丁·泽恩豪森评论说：“这个比率比仅根据轨道图像估计的数字高出约五倍。与轨道图像一致，我们的研究结果表明地震学是测量撞击率的绝佳工具。”
地震“吱吱声”预示着新一类地震的发生
研究人员利用美国宇航局洞察号火星任务期间部署的地震仪收集的数据，发现在空间站附近记录的6次地震事件此前已被确认为陨石撞击——这一过程是通过记录陨石进入火星大气层时产生的特定声学大气信号实现的。
现在，苏黎世联邦理工学院的 Zenhäusern、伦敦帝国理工学院的联合负责人 Natalia Wójcicka 和研究小组发现，这 6 次地震事件属于一个更大的火星地震群，即所谓的甚高频 (VF) 事件。这些地震的震源过程比类似规模的构造性火星地震发生得快得多。火星上正常的 3 级地震需要几秒钟，而由于碰撞速度极快，相同规模的撞击事件仅需 0.2 秒或更短时间。通过分析火星地震光谱，该团队发现了另外 80 次火星地震，现在被认为是由流星体撞击引起的。
拼贴画展示了三起流星体撞击事件，这些撞击事件首先由 NASA 的 InSight 着陆器上的地震仪探测到，随后由该机构的火星勘测轨道飞行器使用其 HiRISE 相机拍摄下来。
他们的研究任务始于 2021 年 12 月，也就是太阳能电池板上积聚的灰尘导致 InSight 任务终止的前一年，当时地震仪记录到一次远距离大地震，在整个星球上回荡着宽带地震信号。遥感将地震与一个 150 米宽的陨石坑联系起来。为了证实这一点，InSight 团队与火星勘测轨道器 (MRO) 背景相机 (CTX) 合作，寻找其他与 InSight 探测到的地震事件的时间和位置相匹配的新陨石坑。
团队的侦查工作取得了成果，他们幸运地发现了第二个直径超过 100 米（320 英尺）的新陨石坑。然而，当篮球大小的流星体撞击地球时形成的较小的陨石坑仍然难以发现，这种陨石坑应该更为常见。现在，陨石撞击的次数是根据这些特殊的高频地震的发生情况重新估计出来的。
根据地震数据计算首次陨石撞击率
每年约有 17,000 颗陨石坠落地球，但除非它们划过夜空，否则很少被注意到。大多数流星在进入地球大气层时会解体，但火星的大气层要薄 100 倍，因此火星表面更容易受到更大、更频繁的陨石撞击。
到目前为止，行星科学家一直依赖于轨道图像和从保存完好的月球陨石撞击事件中推断出的模型，但将这些估计值外推到火星却是一项艰巨的任务。科学家必须考虑到火星强大的引力和它与小行星带的距离，这两者都意味着会有更多的陨石撞击这颗红色星球。另一方面，经常发生的沙尘暴会形成陨石坑，这些陨石坑的保存状况远不如月球上的陨石坑，因此，轨道图像不容易探测到。当陨石撞击火星时，撞击产生的地震波会穿过地壳和地幔，可以被地震仪捕捉到。
Wójcicka 解释道：“我们根据所有 VF 火星震的震级及其距离估算了陨石坑的直径，然后用它来计算一年内洞察号着陆器周围形成了多少个陨石坑。然后我们根据这些数据推断出每年在整个火星表面发生的撞击次数。”
Zenhäusern 补充道：“虽然新陨石坑在平坦多尘的地形上最显眼，但这种地形覆盖的火星表面不到一半。然而，灵敏的 InSight 地震仪可以听到着陆器范围内的每一次撞击。”
洞察火星时代和未来任务
就像我们脸上的线条和皱纹一样，陨石撞击产生的陨石坑的大小和密度可以揭示行星体不同区域的年龄。陨石坑越少，行星区域就越年轻。例如，金星几乎没有可见的陨石坑，因为它的表面不断受到火山活动的改造，而水星和月球表面古老，但布满了陨石坑。火星介于两者之间，可以通过陨石坑的数量来区分一些古老和一些年轻的区域。
新数据显示，火星表面几乎每天都会出现一个直径 8 米（26 英尺）的陨石坑，而直径 30 米（98 英尺）的陨石坑则大约每月会出现一次。由于超高速撞击产生的冲击区直径很容易比陨石坑大 100 倍，因此了解撞击的确切次数对于机器人的安全以及未来人类对火星的探测任务都至关重要。
“这是第一篇通过地震数据确定陨石撞击火星表面频率的论文，这也是火星洞察号任务的一级任务目标，”苏黎世联邦理工学院地震学和地球动力学教授、美国宇航局火星洞察号任务联合首席研究员 Domenico Giardini 说道。“这些数据将影响未来火星任务的规划。”
Zenhäusern 和 Wójcicka 表示，这项研究的下一步进展包括使用机器学习技术，帮助研究人员在卫星图像中识别更多陨石坑，并在数据中识别地震事件。