摘要：近日，中国科学技术大学等研究团队，在行星科学研究领域取得进展。团队通过深入分析美国国家航空航天局洞察号（InSight）探测器记录的火星地震（火震）数据，首次确证火星内部存在一个半径约600千米的固态内核，揭示其主要成分构成可能是富含轻元素的结晶铁镍合金。

近日，中国科学技术大学等研究团队，在行星科学研究领域取得进展。团队通过深入分析美国国家航空航天局洞察号（InSight）探测器记录的火星地震（火震）数据，首次确证火星内部存在一个半径约600千米的固态内核，揭示其主要成分构成可能是富含轻元素的结晶铁镍合金。

▲火星内部结构示意图。白灰色区域为研究中利用洞察号数据检测发现的固态内核。

火星作为太阳系内与地球环境最为相似的类地行星，一直是行星内部结构与演化研究的重要对象，也是深空探测的核心目标之一。

对行星内部结构的探测向来充满挑战，2018年科学家才首次获得火震直接观测数据。截至目前，尽管科学家已记录上千次火震数据，但由于信号微弱和噪声干扰等问题，严重限制对火星内部结构的研究。

为突破这一挑战，研究团队创新性地引入火震阵列分析方法，通过对23个信噪比较高的火震事件数据的分析，成功提取出穿过火星核的关键震相，如在地表反射的PKPPKP（P＇P＇）和在核幔边界反射的PKKP。

特别值得注意的是，实际观测的PKKP，较此前仅考虑火星液态核的地震波模型所预测的结果，提前了50秒至200秒。由于地震波在固体中的传播速度比在液体中快，因此这一差异表明，火星核具有分层结构：即外层为液态核，而更深部则存在一个波速更高的固态内核。

▲PKKP，PKiKP震相的射线路径和研究利用到的火震。

在进一步分析中，研究团队首次在火震数据中识别出被视为“固态内核标志”的PKiKP震相信号。这一发现为火星存在固态内核提供了证据。

结合不同火星内核震相，研究团队测得火星固态内核半径约600公里，占火星半径的1/5。如将火星按比例放大至地球大小，其内外核结构比例与地球高度接近。

▲地球和火星内部结构对比示意图。

火震数据显示，火星外核与内核之间，存在约30%的波速跳变和约7%的密度差异。在此基础上，研究团队进一步对内核的矿物组成进行分析。

结果反映出，火星核并非纯铁镍构成，还可能包含12%–16%的硫、6.7%–9.0%的氧及不超过3.8%的碳。这种含有轻元素的星核结构，不仅为火星磁场从早期活跃到如今沉寂的演化历程提供重要线索，也为对比地球与其他类地行星的内部演化差异奠定关键基础。

该研究首次在地球以外的行星中，确认了固态内核的存在，证实火星与地球相似的核幔分异结构。研究团队创新发展的火星地震学方法，为未来探月等任务中利用地震学方法探测月球等星体内部结构提供重要参考。

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责任编辑：宋同舟

来源：科学之力