像NASA这样的太空机构密切关注着我们最近的邻居火星。在火星上或火星周围有近十二项活跃任务，它们可以像地球上的天气预报一样追踪火星的日常天气，甚至能注意到其表面微小的变化。
然而，今天，天文学家们揭示了一个更大的变化：火星地壳中两个新形成的大型撞击坑，这两个撞击坑均被“火星勘测轨道飞行器”（MRO）和“洞察号”着陆器观测到。根据发表在《科学》杂志上的两篇新研究，这是MRO迄今发现的最大撞击坑，也是首次探测到地震表面波。
“我们从未想过能看到这么大的东西，”NASA喷气推进实验室的行星科学家、MRO/“洞察号”任务小组成员Ingrid Daubar在一次NASA新闻发布会上说。像这些流星撞击引起的火星震，能更详细地揭示火星的内部构成，以及包括地球在内的岩石行星是如何形成的。
在国内，我们已经测量地震已有数百年——但火星震是较新的研究领域。“洞察号”任务于2018年登陆火星，在其运行不到一年内就记录到第一个火星震，此后已记录了1300多个。该着陆器为NASA和其他研究团队提供了了解火星表面之下情况的独特机会，并详细研究其核心、地幔和地壳。要完全理解像火星和地球这样的岩石行星是如何形成的，我们需要更多关于它们具体结构的信息——而“洞察号”的目标就是提供这些信息。在火星轨道上运行了16年的MRO，提供了详细的地表图像，为地面观测提供了鸟瞰式背景。
火星本身就有大量的地震活动引起的震动，但与地球不同，它没有厚厚的大气层保护，因此天文学家也预计会有流星撞击表面并引起额外的震动。新探测到的第一个撞击事件，被称为S1000a，发生在2021年9月，在火星北部一个被称为Tempe Terra的崎岖多岩地区形成了一簇陨石坑。第二次撞击事件，名为S1094b，发生在2021年12月，离“洞察号”更近。它撞击在Amazonis Planitia一个平坦、多尘的区域，形成了一个直径150米的较大陨石坑——这个距离相当于华盛顿纪念碑的高度。这造成了一个大约4级地震，按地球标准来看相当小，但对于我们这个构造活动不那么活跃的邻居来说，已经很大了。
这两次探测都是各种任务之间真正团队合作的体现。对于S1000a，‘洞察号’注意到了地震信号，科学家们利用这些信号指导MRO寻找并拍摄陨石坑。而对于S1094b，MRO团队则独立发现了新形成的陨石坑，并与‘洞察号’的研究人员合作，确认两艘航天器记录到的地震信号确实来自同一事件。撞击足够大，甚至可以在MRO的每日天气相机MARCI中看到，这使得其团队能够将撞击时间精确到一天之内。根据这些视觉数据，他们估计撞击火星的流星直径约为5到12米，介于长颈鹿和电话亭之间。
[相关：流星体撞击火星时会发出微弱的“噗”声]
当岩石行星发生地震时，地震波会根据遇到的物质以不同的方式反射。到目前为止，‘洞察号’观察到的所有地震都被归类为体波，它们在行星地幔深处传播。任何重大事件——火山爆发、地震、山体滑坡等——都会同时发送体波和较浅的表面波在行星上传播。这使得天文学家对火星的地壳感到好奇。
去年12月的流星撞击让他们终于得到了线索。S1094b产生了穿过地壳的大量波浪，使得‘洞察号’能够测量它们。苏黎世联邦理工学院的高级研究科学家、新研究的合著者之一Doyeon Kim表示，这类被称为表面波的探测，“从一开始就是‘洞察号’任务的目标之一。”这是除地球外，首次在任何行星上明确探测到表面波，并揭示火星的地壳可能比以前认为的更不平坦。
MRO的HiRISE拍摄的S1094b图像还显示了新撞击坑周围火星表面一些奇特的浅色斑块，该团队将其识别为撞击时从地壳深处挖出的冻结水。我们已经知道火星有冰盖一段时间了，但这是迄今为止在最低纬度观察到冰。更重要的是，成像和地震数据的结合使研究人员能够非常精确地测量撞击地点以及地震波穿过火星的路径，从而提供了沿这些路径的岩石性质信息。
这种开创性的观测组合为更详细地了解火星和其他岩石行星打开了大门，从流星撞击的物理学到行星内部的结构等等。不幸的是，这可能是‘洞察号’的绝唱——几个月来，沙尘一直在缓慢覆盖其太阳能电池板，大约在四到八周后，它将没有足够的电力运行。团队认为这是一个值得纪念的结局：他们的观测可能为火星上的新发现铺平道路。
[相关：“毅力号”探测器岩石漫游的5个火星新发现]
“关于远离‘洞察号’着陆点地壳结构的最新研究结果将提高我们对火星地壳形成和演化的整体认识，”德国航空航天中心（DLR）柏林分部的行星科学家Martin Knapmeyer说。“在一项共同目标的合作下，来自两个不同火星任务的国际科学团队共同努力，以获得最佳结果。”
