洞察号，我们等你很久了！科學頭條網

地球之外还有生命吗？

相信大家在看到这个问题的时候，总会不自觉地想到我们地球在太阳系的邻居——火星。是的，火星实在是和地球太像了，就像是两个在不同地域长大的同胞兄弟。

火星与地球（图片来自NASA）

火星与地球运动规律相似，平均温度也相差不大，它们都有卫星，甚至火星也拥有明显的四季变化。不少科学家相信在很久以前火星跟地球一样温暖湿润，一样被厚厚的大气层环抱。但是大约在三、四十亿年前，火星与地球走上了不同的演化之路。如今我们居住在美丽的地球之上，远方的火星，空气稀薄，地面干燥，遍布砂砾，甚至可以刮起长时间的全球性沙尘暴。

火星上的沙尘暴（图片来自NASA）

或许，我们很快就会得到线索，了解到它们为什么会这样分道扬镳了。因为，刚刚在火星上着陆的洞察号正是携带着相应的科学仪器，打算对此一探究竟。

几十亿年前，火星停止了改变，而地球的演化继续。地球“开发”出了一种火星所不具备的地质“输送带”：构造板块。当板块之间互相挤压时，就可以把表面的地壳压入行星内部，当它们彼此分开时，又使得新的地壳得以形成。这种物质的“搅动”不仅仅将岩石带到地表，一些组成生命的极其重要的物质——它们被称为挥发物，包括水、二氧化碳、甲烷，由于极易转变成气体，因此可以通过构造作用释放出来。由于火星没有构造板块，因此它的地壳从来没有被回收到行星内部。了解行星的内部构造将有助于理解行星的环境会如何随着时间演化的问题。

地球板块构造运动

目前为止，人类对火星的了解不可算是不多：探测火星表面地形、地貌特征和重力场的火星全球探勘者号（MGS）、火星勘测轨道飞行器（MRO），探测火星水冰和矿物分布的火星奥德赛号、火星快车号，探测火星大气层和空间的MAVEN，甚至还有凤凰号、勇气号、机遇号和好奇号几辆着陆器和火星车实地考察火星的地质状况……但这些都还始终停留在火星表面和大气层，火星的内部是什么样的？我们几乎一无所知。

NASA的火星着陆器/巡视器大家族。素材来源：NASA

虽然重力场和一些粗略的地球物理数据（平均密度、惯量矩等）数据隐约向我们透露了一点火星内部的样子，我们知道火星像我们的地球和月球那样有壳幔核的分层结构，知道火星内部的热能已经不足以维持它的自发磁场和各种活跃地质活动，但更多的呢？一共分了多少层？壳幔核每一层有多深？每一层的固液状态是怎样的？火星内部的热能到底还剩多少？火星的热量是以什么样的形式和速率耗散的？火星的热演化历史是怎样的？为什么火星几乎没有板块活动？

洞察号我们等你很久了！

洞察号（InSight, Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport），此行的探测目标有两个：探测火星内部结构；探测火星内部热状态。

洞察号上携带了一台由法国航天局（CNES）提供的内部结构探测地震仪SEIS，SEIS可以说是世界上最灵敏的地震探测器之一，它甚至可以感受到原子震动。SEIS会在洞察号着陆之后被固定在火星表面上，然后用一个罩子罩起来减少外界风和热的干扰。

“火震仪SEIS”（素材来源：NASA）

为什么探测火星的内部结构需要地震仪呢？简单来说，就是当固态天体发生震动的时候，震动产生的波（地震波）在不同密度的地层中传播速度不同，那么通过测量不同地层传来的地震波之间的时间差，就可以反推内部每一层的厚度和密度了。

图片来自NASA

火星几乎没有板块活动，而且和其他大多数火震形式一样，这些震动几乎无法准确判断震源位置，为此，洞察号想出了一个巧妙的办法——探测陨石撞击引起的火震。

在火星勘测轨道飞行器（MRO）探测器高分辨率影像的配合之下，一旦发生陨石撞击引起的火震，洞察号将会迅速搜索到新产生的陨石坑的精确位置，也就确定了震源的坐标，进而测量地震波的行进时间。

还有一个问题，虽然每多观测到一次撞击，我们就能多了解火星内部一点点，但洞察号的设计寿命只有1个火星年（约2个地球年），而陨石撞击毕竟是纯概率事件，这2年期间能观测到多少次强度足够大的陨石撞击引起的火震呢？说不好。

只能说，或许我们需要一点耐心，还需要一点运气。

至于来自德国航天局（DLR）的热流和物理性质探测仪（Heat Flow and Physical Properties Probe，简称HP3）嘛，就简单粗暴多了。它会直接把一支“温度计”插进火星表面，测量火星浅表层温度随深度的变化。帮助我们重建火星的热演化历史，推算火星内部还有多少热，火星已经失去了多少热，火星这几十亿年来经历了怎样的热变化，火星为什么没有板块活动等重要问题。

火星曾经也像地球一样有过地质非常活跃的时期，但随着内部热量的不断耗散，火星也就慢慢“沉寂”了。热量是非常重要的，例如，在火星形成的早期，这些热量或许“制造”了大量温泉，从地下温暖着地表。它可能从火山喷发出水蒸汽，进而凝结成地表流动的水。热量还使得行星的核心熔化和流动，地核里的金属元素运动时产生电流，进而形成磁场，磁场就像无形的盔甲，保护着行星以及行星上可能存在的任何生命形式免受辐射。

除了火震仪和热流仪，洞察号还带了一台“自转和内部结构探测仪”（RISE）——它将通过多普勒频移测量火星的自转速度和自转轴变化。自转参数也是约束行星深层内部结构的重要依据之一。

火星曾经有一个强大的磁场，当时很多最古老的火星地壳都被高度磁化。但是几十亿年前，大部分磁场消失了，使得火星不再受到磁场的高度保护。为了更好地理解火星磁场消失的原因，洞察号的科学家们希望更多地了解火星地核。因为无论地核是液体、固体还是两者的结合，都会影响行星在地轴上的摆动。

地球保护伞——地磁场

火星的摆动、构造活动和热流——这三者都有助于解释是什么让地球与火星这两个行星兄弟走上了不同的演化道路，其结果是只有其中一个为今天的生命形成提供了更好的条件。

图片素材来自NASA

和之前这些火星着陆器不同，洞察号是一枚纯地球物理探测器，因此，洞察号的选址比NASA之前几枚火星车和着陆器要纯粹得多，它几乎不需要考虑具体的科学目标（比如好奇号着陆在盖尔撞击坑是为了寻找水和生命、凤凰号着陆在北极是为了探测极区水冰，巡回车还需要考虑整个路径的安全性和可移动性……这些科学目标本身就最先限制了选址范围），从这个角度来说，洞察号的选址更有代表性。

洞察号选址经过了长达四年的考察和探讨。首先是基于工程上考虑（着陆、安全、功能）的初步筛选，例如：考虑太阳能的供给，着陆区划定在赤道附近（北纬3-5°）；考虑着陆过程中必须经过足够厚的大气层来保证降落伞的缓冲需要，着陆区地理位置要尽量低；地形要平坦（坡度小于15°）、石头不能太多、风化层较松软（方便着陆和热流探测器钻5米深的孔），等等等等……

初步筛选之后，选定了埃律西昂平原西部的16个区域。然后才逐区域排除直到选定最终的着陆区域。

红点为最终着陆区域

“洞察号“火星探测器于北京时间5月5日19:05从美国加州的范登堡空军基地升空，经过超过6个月的漫长旅途，它终于在11月27日03:53成功抵达火星着陆点。并传回一系列图片：

洞察号传回的第一张照片（2018.11.30，图片来自NASA）

洞察号传回的首张全景图片，彩色条带表示SEIS和HP3可摆放区域

（2018.12.11，图片来自NASA）

洞察号的他拍（2018.12.06，NASA的火星侦察轨道器上的HiRISE摄像机拍摄）

洞察号在成功降落仅仅10天之后就发送了第一条语音消息(https://mars.nasa.gov/news/8397/nasa-insight-lander-hears-martian-winds/?site=insight），这是人类第一次听到火星上的“风声“！我们期待着洞察号在火星为期一年（火星年，约等于两个地球年）的旅程中带给我们更多的有关于生命和宇宙的秘密！

参考文献：

【1】 InSight Lander Instruments

http://link.zhihu.com/?target=https%3A//mars.nasa.gov/insight/spacecraft/about-the-lander/%23cameras

【2】 InSight's First Image from Mars

http://link.zhihu.com/?target=https%3A//mars.nasa.gov/resources/22159/insights-first-image-from-mars/%3Fsite%3Dinsight

【3】 InSight Is Catching Rays on Mars

http://link.zhihu.com/?target=https%3A//mars.nasa.gov/news/8393/insight-is-catching-rays-on-mars/%3Fsite%3Dinsight

【4】 NASA InSight Lander 'Hears' Martian Winds

https://mars.nasa.gov/news/8397/nasa-insight-lander-hears-martian-winds/?site=insight

【5】 Mars InSight Lander Seen in First Images from Space

https://mars.nasa.gov/news/8400/mars-insight-lander-seen-in-first-images-from-space/?site=insight

【6】 NASA's InSight Takes Its First Selfie