地震科普｜外太空的“地震”

来源：四川省地震局

2021-06-22 23:16:32

目前世界多国掀起了第二次深空探测热潮，月球、金星、火星是人类深空探测的首要目标星体。

人类自20世纪50年代以来开展了包括行星在内的深空探测，总体上有两次热潮：第一次是在20世纪60～70年代，第二次是20世纪90年代中期至今。这两次深空探测热潮有着明显的特点，第一次是美国和前苏联两国开展的太空竞赛，主旨是谁能首先做到；第二次是美国、欧盟、日本、中国、印度、以色列等多个国家或组织开展的科学竞赛，目标之一是研究行星内部结构和演化。

地震学是研究行星内部结构和演化过程重要的学科，这主要是因为地震波在其内部传播时会记录其内部结构的速度和分界面等信息。

尽管这两次热潮是在不同的国际环境下开展的，但是相关的科学研究一直在持续，且月震和火星地震研究的论文数量与深空探测热潮有很高的契合度，今天我们便来看一下外太空的“地震”。

月震

图：宇航员在月球静海安装月震仪

月震就是发生在月球上类似地震的现象。月震实验始于1969年9月，阿波罗11号首次在月球上成功安装了一个地震台站。在阿波罗任务期间部署的月球地震实验包（ALSEP）是我们目前获得月震数据的最重要来源。接下来的阿波罗12、14、15、16、17号，每次任务都部署了月震仪，包括被动月震仪、月震检波器和月球重力仪，但它们均位于月球正面的中低纬度地区。

月震学家对观测到的月震事件进行了分类，主要分为深部月震、陨石撞击、浅层月震、热月震（由温度变化引发的局部小规模月震）和人工撞击。

月震通常规模较小，最大的浅层月震体波震级约为5级，而深部月震的体波震级则通常小于3级。浅层月震在阿波罗记录中并不常见，其震级大于其它自然事件。月震波的速率低于地震波的速率。

月震的震源深度大多在月球表面以下七百公里到一千公里处，而绝大部分地震的震源深度仅几十公里到十几公里。

由于月震仪布设、观测记录数量和质量的限制，特别是没有记录到远地点半球的结构信息，所以目前还不能全面了解月球内部结构信息，亟待全新的数据处理方法和全新的高质量月震数据。嫦娥七号任务拟搭载我国首台月震仪，这也将是阿波罗计划50年后首次布设月震仪。

火星震

图：我国“祝融”号火星车与着陆平台

火星是人类重点关注甚至有移民愿望的行星。

1976年“维京”2号搭载的火星地震仪登陆火星，并且在登陆后的第80个火星日记录了第一个疑似火星地震事件。由于火星地震仪是放置在“维京”2号上，地震记录受噪声影响严重。该疑似火星地震事件持续70 s，震中距约为110 km，里氏震级2.8级。最近的研究认为该事件是阵风引起的扰动。美国2018年发射了“洞察”号前往火星探测其内部结构，其科学目标是理解火星形成和演化过程。洞察号搭载了三套科学设备，其中火星地震仪是最为成功的，并取得了若干的研究进展。

"洞察"号在火星着陆示意图

地球板块构造活跃，相应地，地震事件发生十分频繁，破坏性的地震事件可能导致重大的人口伤亡和经济损失。火星的板块构造几乎没有或者很弱，火星地震事件震级非常小，通常在1.3～3.7级之间。此外受到火星大气扰动的影响，火星地震记录的信噪比非常低。迄今为止，共检测到三个可以清晰识别P波震相的事件，其中两个可以清晰识别P波和S波震相。

人们对火星地震事件的认识是不断加深的。目前根据频谱特征，火星地震事件分为两类：（1）低频事件（low-frequency event,低频事件是震源位于火星地幔内部，高频事件的震源位于火星地壳内部。另外，识别了超高频事件（super high frequency event,5～30 Hz）可作为高频事件的特殊案例被报道，也可以作为新的一类火星地震事件。