摘要：中国科学技术大学合肥分校研究团队在《自然》杂志发表的最新研究彻底改写了人类对火星内部结构的认知。通过分析美国宇航局"洞察号"探测器收集的地震数据，研究人员发现火星拥有一个半径约610公里的固态内核，外层包裹着液态金属层，这一结构与地球核心惊人相似。这项发现不仅

信息来源：https://phys.org/news/2025-09-mars-solid-core-longstanding-planetary.html

中国科学技术大学合肥分校研究团队在《自然》杂志发表的最新研究彻底改写了人类对火星内部结构的认知。通过分析美国宇航局"洞察号"探测器收集的地震数据，研究人员发现火星拥有一个半径约610公里的固态内核，外层包裹着液态金属层，这一结构与地球核心惊人相似。这项发现不仅解答了火星是否曾经拥有保护性磁场的长期科学争议，也为理解这颗红色星球从温暖湿润环境转变为寒冷沙漠世界的演化过程提供了关键线索。

火星核心结构的确认具有深远的科学意义。地球之所以能够维持宜居环境，很大程度上归功于其核心产生的强大磁场。地球固态内核与液态外核之间的温度差驱动了液态金属的对流运动，形成了一个天然的"地球发电机"，产生的磁场像一面看不见的盾牌，偏转来自太阳的高能带电粒子，保护大气层免受剥蚀。火星固态内核的发现表明，这颗行星在其历史早期很可能也拥有过类似的磁场保护机制。

研究团队负责人毕慧星及其同事利用"洞察号"探测器四年来记录的火星地震数据，通过分析地震波在火星内部的传播路径和速度变化，成功"透视"了这颗行星的深层结构。地震波在不同密度和状态的物质中传播速度不同，科学家可以像医生使用X光检查人体内部一样，通过地震波的传播特征推断火星内部的组成和结构。

科学认知的演进过程

图片来源：NASA

这一发现实际上是对2021年瑞士苏黎世联邦理工学院西蒙·施塔勒团队研究结果的重要修正和补充。施塔勒的团队当时基于"洞察号"的初期数据，得出火星拥有一个完全液态、半径约1800公里的巨大核心的结论。这个核心占火星半径的一半，但密度相对较低，表明其中含有大量碳、硫、氢等轻元素，这些元素降低了核心物质的熔点，使其能够在相对较低的温度下保持液态。

然而，随着"洞察号"持续工作，积累了更多高质量的地震数据，特别是来自火星远侧地震事件的珍贵信息，科学家们得以进行更精确的分析。毕慧星团队的新研究显示，之前认为完全液态的核心实际上具有分层结构：一个固态的内核被液态的外核包围，整个核心系统的半径约为火星半径的一半，与早期估计一致，但内部结构远比想象中复杂。

这种认知的演进完美体现了科学研究的渐进特性。施塔勒和毕慧星的研究结果并不矛盾，而是反映了随着数据质量和分析技术的提升，科学认知不断深化的自然过程。早期基于有限数据得出的结论为后续研究奠定了基础，而新的发现则进一步完善了我们对火星内部结构的理解。

火星演化历史的新线索

火星固态内核的存在为理解这颗行星的演化历史提供了重要线索。现在的火星表面遍布着古代水流活动的证据：干涸的河床、湖泊沉积物、富含水合矿物的岩石层，这些都表明火星在数十亿年前曾经拥有温暖湿润的气候和较厚的大气层。然而，今天的火星却是一个寒冷干燥的世界，大气层极其稀薄，表面压力仅为地球海平面压力的不到1%。

科学家们长期以来一直在寻找火星环境发生如此剧烈变化的原因。磁场的消失被认为是关键因素之一。火星地壳中保存的古代岩石显示出强烈的剩磁特征，证明这颗行星在形成后的几亿年内确实拥有过全球性磁场。但这个磁场在约40亿年前神秘地消失了，失去磁场保护的火星大气层开始逐渐被太阳风剥蚀，最终导致了我们今天看到的荒凉景象。

固态内核的发现表明火星确实具备了产生磁场的基本条件。在行星形成初期，火星内部温度很高，核心完全处于液态。随着时间推移和热量散失，核心开始从内向外冷却结晶，形成固态内核。这个过程释放的潜热和轻元素的分离会在液态外核中产生强烈的对流运动,进而生成磁场。

但为什么火星的磁场会消失呢？一种可能的解释是火星相对较小的体积导致其冷却速度比地球快得多。当固态内核增长到一定程度，或者液态外核温度降低到临界点以下时，对流运动可能会停止，磁场也随之消失。另一种可能是大型小行星撞击等灾难性事件干扰了核心的正常运作。

行星科学的技术突破

"洞察号"探测器在火星地震学研究方面取得的突破,标志着行星科学研究进入了一个新时代。这是人类首次在地球以外的行星上部署地震监测设备,为研究行星内部结构开辟了全新途径。地震学方法此前主要用于研究地球内部，现在这一技术被成功应用到火星探索中，展现了巨大的科学潜力。

"洞察号"搭载的SEIS地震仪具有极高的灵敏度，能够探测到火星上微弱的地震活动。火星的地震活动远不如地球活跃，但"洞察号"仍然记录到了超过1300次火星地震事件。这些地震大多源于火星内部应力释放，少数则可能与陨石撞击有关。通过分析不同类型地震波在火星内部的传播特征，科学家们能够推断出地壳厚度、地幔成分和核心结构等关键信息。

这种"远程透视"技术的成功应用,为未来的行星探索任务提供了重要参考。科学家们正在计划将类似的地震监测设备部署到月球、金星等其他天体上，以深入了解太阳系天体的内部结构和演化历史。这些研究不仅有助于理解行星形成过程，也为寻找地外生命提供了重要背景信息。

未来研究方向与意义

火星固态内核的发现开启了行星科学研究的新篇章，但同时也提出了更多有待解答的问题。例如，火星磁场究竟是何时、如何消失的？不同大小的行星是否都能够产生磁场？什么条件下行星能够长期维持磁场保护？

这些问题的答案对于理解行星宜居性具有重要意义。随着系外行星探测技术的发展，天文学家们已经发现了数千颗围绕其他恒星运行的行星。其中一些行星位于所谓的"宜居带"内，理论上可能存在液态水。但是否宜居不仅取决于与恒星的距离，还取决于行星是否拥有保护性磁场。火星的研究为评估系外行星的宜居潜力提供了重要参考框架。

同时，这一发现也为火星探索和未来的载人火星任务提供了科学支撑。了解火星的内部结构和演化历史，有助于更好地理解这颗行星的资源分布和环境特征，为人类在火星上的长期生存做好准备。

火星固态内核的发现不仅是行星科学领域的重大突破，也是人类探索宇宙、理解地球在宇宙中独特地位的重要里程碑。它提醒我们，地球的宜居环境来之不易，磁场保护在维持生命友好环境中发挥着关键作用。

来源：人工智能学家