NASA洞察號著陸器在火星上的藝術概念圖。在這位藝術家對洞察號火星探測器的構想中，火星的次表層（subsurface）顯示在圖片的下半部分，而上半部分的背景中可以看到鬼神般肆虐的沙塵暴。
圖片來源：巴黎地球物理研究所/尼古拉斯•薩特（Nicolas Sarter）
美國航空航天局（NASA）的洞察號火星探測器（InSight）已經完成了它第一年的探測任務，我們對火星的認識也出現了新的變化。已有6篇相關的研究論文於2月24日發表，共同揭示了火星這顆紅色星球上，地震此起彼伏、沙塵暴瘋狂肆虐、電磁脈衝難以理解的活躍盛況。
這6篇論文的其中5篇發表在《自然》（Nature）雜誌上。還有一篇發表在《自然•地球科學》（Nature Geoscience）上，詳細介紹了洞察號探測器的著陸位點：一個名為“霍姆斯特德山谷”（Homestead Hollow）的淺隕石坑，位於火星的埃律西昂平原（Elysium Planitia，又被稱為“極樂平原”）上。
洞察號是第一個深入研究火星表面以下的無人著陸探測器，用於探索火星的內部結構，全稱為“運用地震調查、測地學與熱傳導對火星內部進行探測”（Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport）。它裝載的科學儀器包括一個檢測火星震的地震儀、多個測量風壓和氣壓的傳感器、一個磁力計，以及一個用於獲取行星溫度的熱流和物理特性探測儀（Heat Flow and Physical Properties Package，HP3）。
火星剖面圖，展示了洞察號著陸器研究火星震活動的場景。
圖片來源：詹姆斯•塔特爾•基恩（James Tuttle Keane）/《自然•地球科學》
圖片漢化：哇喳
研究團隊正努力讓探測儀按計劃繼續深入火星表面之下，一個名為“內部結構地震測量儀”（Seismic Experiment for Interior Structure，SEIS）的超靈敏地震儀，讓科學家能夠“聽到”數百到數千公里範圍之外的多個震動事件。
地震波在傳播過程中會受到所穿過物質的影響，科學家能夠藉助這種方式研究行星內部的結構組成。對火星的探索可以幫助團隊更好地瞭解巖質行星（Rocky Planets）的形成方式，我們的地球也是一顆巖質行星。
地表之下
火星上的震動事件比我們預期的更為頻繁，但也更為溫和。到目前為止，內部結構地震測量儀已經檢測到了超過450個火星震信號，其中絕大多數可能只是強度較小的震動，不同於數據噪聲，這些震動可能起源於環境因素，例如風。最大的火星震震級大約為4.0級，這種級別的震動強度較小，地震波還不能夠向下穿過地殼進入火星的下地幔和地核。洞察號的首席研究員、來自噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）的布魯斯•班納特（Bruce Banerdt）表示，在研究行星的內部結構時，它們是“蘋果中最美味的部分”。
科學家已經為更多的火星震事件做好了準備：在2018年11月洞察號登陸火星後，他們用了好幾個月的時間才記錄到第一次火星震事件；而到了2019年年底的時候，內部結構地震測量儀大約每天都能檢測到2個地震信號，這或許表明洞察號恰好在一個特別“安靜”的時間段裡登陸了火星。科學家仍然在期盼中等待著一個“大號火星震”。
火星不具備像地球這樣的板塊構造，但確實可能有著會引起震動的活躍火山區。數據顯示，有2次大型地震與科柏洛斯槽溝（Cerberus Fossae）這樣一個地區有很強的聯繫，科學家在那裡觀察到了一些巨石，可能是從懸崖上被震掉下來的。在科柏洛斯槽溝，古時候的洪水沖刷出了將近800英里（約1 300公里）長的河道，而後，在過去的一千萬年裡（對於地質時間來說也就是一個轉瞬），熔岩流滲入到了這些河道里。
其中一些比較“年輕”的熔岩流展示了一些被火星震破壞的跡象，這些火星震發生的時間在不到200萬年前。噴氣推進實驗室的行星地質學家馬特•哥倫貝克（Matt Golombek）說：“這只是火星上最近期的地殼構造特徵，在這一地區能夠看到震動的跡象不足為奇，但卻令人振奮。”
目前為止NASA洞察號發現的2次最大的地震，似乎起源於火星上一個名為科柏洛斯槽溝的地區。此前，科學家在這片區域發現了地殼活動的跡象，例如山體滑坡。上面這張照片是由NASA火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaisance Orbiter）上的高分辨率成像科學實驗（High Resolution Imaging Science Experiment，HiRISE）相機拍攝的。
圖片來源：NASA / 噴氣推進實驗室-加州理工/亞利桑那大學（University of Arizona）
地表之中
數十億年前，火星像地球一樣擁有自己的磁場，如今它已不復存在，但卻留下了些許的“磁殘存”，現在的火星，地表之下61米至好幾千米範圍內的古老岩石具仍有一定的磁性。洞察號上裝載了一個磁力計，這也是火星表面上第一個能檢測磁信號的科學儀器。
洞察號上磁力計探測到的數據顯示，霍姆斯特德山谷處的磁信號比繞軌飛行探測器的數據預測值要強上10倍。當然，軌道飛行器的測量值是數百千米範圍的平均值，而洞察號的測量值則對應著更小的區域，也就更為精確。
由於洞察號在火星的著陸位置，大多數的表層岩石歷史還不夠悠久，沒有被火星曾經的磁場磁化，因此，行星科學家凱瑟琳•約翰遜（Catherine Johnson）表示：“探測到的磁場一定來自於地表之下的古老岩石，我們正嘗試將這些數據與地震學和地質學中獲得的信息結合起來，對洞察號下方的磁化層進行探究，弄明白這種磁場需要達到多大的強度、距離地表多深才能被我們探測到。”約翰遜就職於不列顛哥倫比亞大學（University of British Columbia）和行星科學研究所（Planetary Science Institute，全球最大的非政府性質行星科學家僱主單位）。
此外，科學家還想弄清楚這些磁信號是如何隨時間而變化的，現有的數據顯示，白天和晚上的測量值會有所不同，在夜裡零點前後還會有突然的起伏。科學家仍在完善引發這種變化的相關理論，其中一種可能性是，它們或許與太陽風（solar wind）與火星大氣間的相互作用有關。
深入旋風
洞察號幾乎一直都在對風速、風向和氣壓進行持續的測量，比此前著陸任務提供的數據都要多。洞察號的天氣傳感器已經檢測到了數千個呼嘯而過的旋風，當這些旋風裹挾著砂礫、外形變得可見時，它們就被稱為沙塵暴。巴黎索邦大學（Sorbonne University）的大氣科學家艾默裡克•斯皮加（Aymeric Spiga）說：“這個地方的旋風數量非常多，比任何其他裝載了氣象傳感器的火星著陸器的著陸點都要多。”
雖然對火星風的測量從未停過，相關的成像也常常進行，但洞察號上的相機至今仍未捕捉到沙塵暴的真身。實際上，內部結構地震測量儀是可以感受到這些旋風的，就像是一個巨型吸塵器在表面上吸動拉扯。內部結構地震測量儀的首席研究員、來自巴黎地球物理研究所（Institut de Physique du Globe de Paris，IPGP）的菲利普•洛尼奧內（Philippe Lognonné）說：“旋風非常適合進行次表層的地震勘探。”
火星地核：探索仍在繼續
洞察號有兩臺無線電設備：一臺用於定期發送和接收數據，另一臺功能更為強大的則用於測量火星自轉時的“擺動”。這臺X波段的無線電設備也被稱作“自轉與內部結構實驗裝置”（Rotation and Interior Structure Experiment，RISE），最終將能揭示火星的內核究竟是固態的還是液態的，固態內核帶來的自轉擺動將會少於液態內核。
第一年的數據僅僅只是個開始，對火星的觀測滿一個火星年（Martian year，大約兩個地球年）後，科學家將能更好地瞭解火星自轉擺動的幅度和速度。
關於洞察號
噴氣推進實驗室是帕薩迪納市加州理工學院（California Institute of Technology，Caltech）的一個部門，負責為NASA科學任務理事會（Science Mission Directorate）管理洞察號任務。洞察號是NASA發現計劃（Discovery Program）的一部分，由NASA位於阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）負責管理。洞察號探測器由位於丹佛的洛克希德•馬丁太空公司（Lockheed Martin Space）製造，包括探測器的巡航段（cruise stage）和著陸器（lander），該公司還為飛行任務提供了支持。
包括法國國家空間中心（Centre National d'Études Spatiales，CNES）、德國航空航天中心（Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt，DLR）和英國航天局（United Kingdom Space Agency，UKSA）在內的許多歐洲合作伙伴，都在為洞察者號火星任務提供支持。CNES向NASA提供了內部結構地震測量儀（SEIS），主要研究人員來自巴黎地球物理學院（Institut de Physique du Globe de Paris，IPGP）。對SEIS的重大貢獻來自IPGP、德國馬克斯普朗克太陽系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research，MPS）、瑞士聯邦理工學院（Swiss Federal Institute of Technology，即蘇黎世聯邦理工學院，ETH Zurich）、倫敦帝國理工學院（Imperial College London），以及英國牛津大學（Oxford University）和噴氣推進實驗室。DLR提供了熱流和物理特性探測儀（HP3），波蘭科學院（Polish Academy of Sciences）的空間研究中心（Space Research Center，CBK）和波蘭的Astronika公司則為此作出了重要的貢獻。溫度和風力傳感器由西班牙天體生物學中心（Centro de Astrobiología，CAB）提供。
[1]https://www.nasa.gov/feature/jpl/a-year-of-surprising-science-from-nasas-insight-mars-mission
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/InSight
[3] http://nature.com/articles/s41561-020-0544-y
[4] http://nature.com/articles/s41561-020-0537-x
[5] http://nature.com/articles/s41561-020-0534-0
[6] http://nature.com/articles/s41561-020-0539-8
[7] http://nature.com/articles/s41561-020-0536-y
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