火星为何会有南北“两副面孔”？这个困扰科学界半个世纪的谜题有了新进展。中国科学院地质与地球物理研究所研究员孙伟家联合澳大利亚国立大学教授Hrvoje Tkalcic首次发现了火星南北半球内部结构的显著差异，为解开这一谜题提供了关键证据。相关研究成果近日发表于《地球物理研究通讯》。
早在上世纪70年代，科学家就发现火星存在明显的南北差异：当时，“水手9号”和“维京号”探测器传回的图像显示，火星的南部是高地，北部是低地。随后的探测又发现，火星的地壳厚度、陨石坑密度和磁场强度等多个方面也都呈现出南北差异。对于这种“双面”结构的成因，科学界一直存在争议。有人认为是一个或多个巨大陨石撞击造成的，也有人认为是火星内部运动导致的。
研究团队创新性地运用了多种技术来分析“洞察号”探测器获取的火星震数据。他们不仅首次在火星南半球Terra Cimmeria区域精确定位了一组六个火星震，还通过对比南北半球星震波的特征，发现火星南北半球内部结构存在显著差异：南半球的地幔温度更高，粘滞度更低，这导致了更强的地幔对流。这一发现为火星幔对流等内部过程形成南北二分结构的假说提供了有力支持。
研究团队还从其他角度对陨石撞击假说提出质疑。他们通过研究火星岩石的特征发现，火星在44.8亿年以来未发生过大型陨石撞击事件。如果当时确实发生过大型撞击，理论上应该在北半球留下特殊的磁场痕迹，但这与实际观测到的磁场数据不符。
这项研究虽然为理解火星“双面”结构提供了新的线索，但研究团队指出，这些发现仍需要未来更多的火星探测任务来验证。他们建议可以开展地球克拉通地幔和火星的对比研究，因为两者在形成年龄、物理特性等方面颇为相似，这不仅有助于理解火星的地质历史，也为研究地球早期历史提供了新视角。
火星南部和北部火星幔数据分析。南部火星幔内部衰减强，温度高，北部内部衰减弱，温度低。这为火星内部过程形成火星二分结构提供了直接的地震学观测证据。图源：孙伟家研究组相关论文信息：
https://doi.org/10.1029/2024GL110921
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