NASA的InSight发现火流星引起的火星震比预期更深

在人工智能的帮助下，科学家们发现了一个新陨石坑，它是由一次撞击形成，震动了火星地幔深处的物质。

撞击火星的流星体会产生地震信号，其范围可以比之前所知的范围更广。这是两篇新论文得出的结论，这两篇论文将美国宇航局的洞察号着陆器收集的火星地震数据与该机构的火星勘测轨道器 (MRO) 发现的撞击坑进行了比较。

这篇论文于 2 月 3 日星期一发表在《地球物理研究快报》（GRL）上，重点介绍了科学家们如何继续从InSight 号上学习。NASA在成功完成一次延长任务后，于 2022 年退役了 InSight 号。InSight 号在火星上设置了第一台地震仪，探测到了1300 多次火星地震，这些地震是由火星深处的震动（由岩石在高温和高压下开裂引起）和太空岩石撞击火星表面引起的。

通过观察地震产生的地震波在穿过火星地壳、地幔和地核时如何变化，科学家们可以一窥火星的内部，并更好地了解所有岩石世界（包括地球和月球）是如何形成的。

研究人员过去曾拍摄过新的撞击坑图像，并找到了与撞击坑形成日期和位置相匹配的地震数据。但这两项新研究首次将新撞击与塞伯鲁斯槽沟探测到的震动联系起来。塞伯鲁斯槽沟是火星上一个地震多发区，距离洞察号 1,019 英里（1,640 公里）。

撞击坑直径为 71 英尺（21.5 米），距离 InSight 的距离比科学家根据地震能量预测的要远得多。火星地壳具有独特的特性，被认为可以减弱撞击产生的地震波，研究人员对塞伯鲁斯凹坑撞击的分析使他们得出结论，它产生的地震波通过了行星地幔的更直接的路径。

InSight 团队现在必须重新评估火星内部组成和结构模型，以解释撞击产生的地震信号如何能够到达如此深处。

“我们过去认为，绝大多数地震事件中探测到的能量都滞留在火星地壳内，”洞察号团队成员、伦敦帝国理工学院的康斯坦丁诺斯·查拉兰博斯 (Constantinos Charalambous) 表示。“这一发现揭示了一条穿过地幔的更深、更快的路径——我们可以称之为地震高速公路——让地震能够到达火星更远的地区。”

利用 MRO 发现火星陨石坑

美国宇航局南加州喷气推进实验室开发的一种用于探测火星流星体撞击的机器学习算法在发现塞伯鲁斯凹坑的过程中发挥了关键作用。在几个小时内，人工智能工具就可以筛选MRO的背景相机拍摄的数万张黑白图像，探测到陨石坑周围的爆炸区。该工具会选择候选图像供科学家进行研究，这些科学家擅长判断火星上哪些细微的颜色值得 MRO 的高分辨率成像科学实验 ( HiRISE ) 相机进行更详细的成像。

“如果手动完成，这可能需要数年时间，”瑞士伯尔尼大学的 InSight 团队成员 Valentin Bickel 说道。“使用这个工具，我们在几天内就将数万张图像处理得只剩下几张。它虽然不如人类那么好，但速度非常快。”

比克尔和他的同事在距离洞察号位置约 1,864 英里（3,000 公里）的范围内搜寻陨石坑，希望找到一些在着陆器的地震仪记录时形成的陨石坑。通过比较一段时间内背景相机拍摄的前后图像，他们发现了 123 个新陨石坑，可以与洞察号的数据进行交叉引用；其中 49 个可能与着陆器的地震仪检测到的地震相匹配。查拉兰布斯和其他地震学家进一步筛选了这些陨石坑，以确定 71 英尺深的塞伯鲁斯凹坑。

更快解密

科学家对洞察号数据的研究越多，他们就越能区分行星内部信号和流星体撞击产生的信号。塞伯鲁斯凹陷处发现的撞击将帮助他们进一步完善区分这些信号的方法。

“我们认为科柏洛斯槽沟产生了大量与内部地震有关的高频地震信号，但这表明部分活动并非源自那里，而可能实际上来自撞击，”查拉兰布斯说。

研究结果还强调了研究人员如何利用人工智能来改善行星科学，更好地利用美国宇航局和欧洲航天局（ESA）任务收集的所有数据。除了研究火星陨石坑外，比克尔还利用人工智能来寻找山体滑坡、尘卷风和陡坡上出现的季节性暗色特征，这些特征被称为斜坡条纹或反复出现的斜坡条纹。人工智能工具也被用于寻找月球上的陨石坑和山体滑坡。

“现在我们拥有如此多的月球和火星图像，难点在于处理和分析这些数据，”比克尔说。“我们终于进入了行星科学的大数据时代。”

关于 InSight 的更多信息

JPL 为 NASA 科学任务理事会管理 InSight。InSight 是美国宇航局发现计划的一部分，由位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心管理。丹佛的洛克希德马丁航天公司建造了 InSight 航天器，包括其巡航级和着陆器，并为该任务的航天器操作提供支持。

许多欧洲合作伙伴，包括法国国家空间研究中心 (CNES) 和德国航空航天中心 (DLR)，都为 InSight 任务提供了支持。CNES 为 NASA 提供了内部结构地震实验 ( SEIS ) 仪器，首席研究员由巴黎地球物理研究所 (IPGP) 担任。IPGP、德国马克斯普朗克太阳系研究所 (MPS)、瑞士瑞士联邦理工学院 (ETH Zurich)、英国伦敦帝国理工学院和牛津大学以及 JPL 为 SEIS 做出了重大贡献。DLR 提供了热流和物理特性包 (HP 3) 仪器，波兰科学院空间研究中心 (CBK) 和波兰 Astronika 也做出了重大贡献。西班牙天体生物学中心 (CAB) 提供了温度和风传感器。

JPL 是位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院的一个部门，负责管理华盛顿 NASA 科学任务理事会的火星勘测轨道器项目。位于图森的亚利桑那大学负责运营 HiRISE，它由位于科罗拉多州博尔德的 BAE 系统公司建造。背景相机由位于圣地亚哥的 Malin 空间科学系统公司建造并运营。