中国科学家揭露火星“死亡”之谜

wifai

在太阳系的行星家族中，火星始终是最具传奇色彩的成员之一。这个红色星球曾拥有与地球相似的温暖气候和广阔海洋，却在数十亿年间演变成干燥荒芜的沙漠世界。这一切究竟是如何发生的呢？科学家们一直认为火星磁场的消失是其中重要原因之一。
近期，中国科学家通过美国航天局“洞察”号火星探测器传回的地震数据，首次证实这颗红色星球拥有固态内核，这一发现或许就像找到了一把钥匙，有望解锁火星磁场消失、地质活动停滞的深层秘密。

神秘消失的 “磁盾”
如果能穿越回 40 亿年前的火星，你会看到一个截然不同的世界：广阔的海洋倒映着蓝天，密布的火山还在喷吐着岩浆。那时候的火星还和地球一样，拥有一个全球性的磁场，它就像一个看不见的巨型盾牌，抵御太阳风中高能带电粒子的侵袭，呵护着火星。



Mars

火星古海洋艺术想象图（来源：University of Colorado）

然而，30 多亿年前，这层磁盾突然 “失灵” 了。火星全球磁场神秘消失，太阳风如同脱缰的野马长驱直入，无情地剥离宝贵的大气。渐渐地，“泄了气”的火星发生了翻天覆地的变化，表面的液态水蒸发殆尽，海洋干涸成荒漠，温暖湿润的气候逆转为寒冷干燥的环境。直到今天，火星大气压强仅为地球的 1%，平均温度低至 - 60℃，生命的宜居性无从谈起。

火星磁场为何会消失？这个谜题始终困扰着科学家。通常认为，行星磁场的产生源自于行星核心的 “发电机效应”。地球之所以能维持稳定的磁场，是因为固态的地核外层是液态的铁镍合金，这些熔融金属在地球自转和对流运动中产生电流，进而形成磁场。那么火星的核心发生了什么，才让这台 “磁场发电机” 戛然而止？




Earth

地核“发电机效应”示意图。地球外核由熔融的铁、镍等金属组成，对流产生感应电流，在科里奥利效应作用下形成复杂的旋涡状结构，电流再产生磁场。（来源：网络）

此前的研究通过火星引力场和地震数据推测，火星核心半径约 1800 公里（相当于火星半径的一半），且至少部分处于液态。但核心是否存在固态内核，以及内核的状态如何影响磁场演化，始终是未解之谜。

倾听火星的“心跳”
2018 年，“洞察”号火星探测器在火星赤道附近着陆，携带的仪器中有一台火星地震仪（SEIS）。它就像一台 “听诊器”，通过捕捉“火星心跳”的细微杂音来判断“火星心脏”的结构。在运行的 4 年时间里，它记录了 23 次显著的火星地震，其中一些低频地震波穿过火星内部，携带了核心结构的关键信息。




Mars

“洞察”号的科学载荷（来源：NASA/JPL-Caltech）

中国科研团队对这些地震数据进行了细致分析，他们发现了两种特殊的地震波：一种是穿过核心最深处的地震波（深核过渡相 PKKP 波），另一种是在内核边界进行反射的地震波（内核边界反射相 PKiKP 波）。这两种地震波的传播速度和路径，清晰地揭示了火星核心存在一个固态的 “内核”。




Mars

两种火星地震相的路径（来源：Bi, H., Sun, D., Sun, N. et al. Nature 645, 67–72, 2025）

通过精确计算，科学家确定这个固态内核的半径约为 613 ±67 公里，相当于火星半径的 1/5，火星核心总半径的 1/3。更令人惊讶的是，当地震波穿过内核边界时，纵波速度突然跃升了 32%，这种剧烈的速度变化只有固态物质才能解释——就像声波在固体中的传播速度显著快于在水中的传播速度。
这一发现刷新了我们对火星内部结构的认知。原来火星和地球一样，拥有 “固态内核 - 液态外核 - 地幔 - 地壳” 的分层结构，堪称 “缩小版地球”。地球内核占整个地核约 55%（半径比），而火星固态内核占整个核心的 34%，比例上也不算差得很远。这种结构上的相似性，或许在暗示太阳系类地行星可能有着相似的形成和演化机制。

内核结晶的“魔法”
火星固态内核的发现，也直接证明了其核心正在经历剧烈的结晶过程。打个比方，这个过程就像一锅慢慢冷却的糖水：当温度降低到一定程度，糖会从溶液中析出，形成固态的糖晶体，那么剩余的液体则变得更稀薄。火星核心的结晶过程与之类似，只是溶质换成了铁、镍和氧、硫等轻元素。
在高温高压的核心环境中，更重的铁镍合金首先开始结晶，形成行星的固态内核。较轻的氧、硫等元素则留在外层，形成液态的外核。这种物质分异产生了两个重要结果：一是内核边界会出现显著的密度和速度的跳变，这与地震波观测结果完全吻合；二是轻元素在外核的富集改变了液体的密度和黏度，影响了外核的流动。




Mars

火星核心与地球核心对比（来源： Bi, H., Sun, D., Sun, N. et al. Nature 645, 67–72, 2025）

另外，测量数据显示，火星内核的密度明显低于纯铁镍合金的密度，说明其中含有大量轻元素——推测氧的含量可能达到 6.7-9.0%，硫的含量约 12-16%，还有少量碳。这些轻元素就像溶液里的“杂质”，降低了内核的熔点，使得结晶过程能在较低温度下缓慢进行。
结晶过程还会释放大量的热量，这些热量推动外核的液态金属流动的驱动力量，就像给水壶底部加热，会让壶里的水产生对流循环。这种流动是维持 “磁场发电机” 运转的关键。

磁场消失的“悲剧”
火星固态内核的发现，终于为磁场消失之谜提供了合理的解释。这颗红色星球的 “磁场发电机” 并非突然宕机，而是随着核心结晶过程的减缓而逐渐 “熄火” 的。
早期的火星核心完全处于熔融状态，那时的外核温度高、对流强，“发电机效应” 显著，产生了强大的全球磁场。但随着时间推移，核心开始冷却，铁镍合金逐渐结晶形成固态内核。结晶过程释放的热量也一度维持着外核的对流，事情到这里跟地球差不多。但是，内核长大到一定程度后，情况发生了逆转。




Mars

现如今荒芜的火星（来源：国家航天局）

内核的结晶，增大了固态内核，却减少了外核的体积，参与对流的液态金属量减少。核心整体温度降低，结晶释放的热量不足以抵消热量的流失，外核的对流运动逐渐减弱。当外核的对流速度低于某个临界值时，“磁场发电机” 就无法维持了。更关键的是，火星体积较小（仅为地球体积的 15%），散热速度比地球快得多，这使得核心冷却和结晶过程更快结束。相比之下，地球的内核仍在缓慢结晶，但地核总量较大，外核对流依然活跃，因此磁场得以长期维持。
核心结晶释放的热量减少后，整个星球的地质活动也随之减弱。地球的板块运动、火山喷发等地质活动，其能量来源很大程度上依赖于地核的热量输出。而火星就没那么“幸运”，核心的冷却，不仅导致了磁场消失，也让这颗红色星球失去了活力，渐渐“死去”。


火星固态内核的发现，就像是挖掘出一本尘封已久的火星史书，让我们有机会看到这颗星球如何从生机勃勃演变为荒芜死寂。它提醒我们，行星的内部活动与表面环境之间存在着深刻的联系 —— 一个小小的内核变化，就能引发连锁反应，彻底改变整个星球的命运。


参考资料：
Bi, H., Sun, D., Sun, N. et al. Seismic detection of a 600-km solid inner core in Mars. Nature 645, 67–72 (2025).

oppledr

火星：曾经也是个“蓝胖子”

weili0677

亿万年后的地球就是今天的火星。

wakeman

太空不说很冷吗，水又蒸发去了哪里？

温馨阁

我认为我们地球根宇宙星球都是有活体生命的，我们这个地球活着都是有磁场在 维护着我们自己人类生命的，所以当看到夏季来临时宇宙空间雷雨天气打雷时可以看得出来，空中雷电向地球击来可地球的磁场强度会迎合上去在空中 对接形成了雷气响声，但是我认为宇宙有危险区域的向宇宙星球失亡也是有原因的，因为所在的这个宇宙空间星球都是 漂浮和移动的一但漂浮宇宙危险区域那我们这个地球全部生命都会灭绝也会成为失亡星球。

疯了吧

地球不久的将来就是现在的火星，不信你们等着看，任何一个球体的磁场强度都会随着时间的推移会慢慢变弱直到消失，就像人类一样到了一定的年龄就会慢慢走像死亡一个道理

月光如水

为什么总是美国探测器传回的数据？中国的呢？都快忘了中国那个叫啥名

com2

谢谢楼主分享！