你可能也好奇過(guò)，為什么地球這么熱鬧，既有地震火山，又有大陸漂移，而我們的鄰居火星，卻看起來(lái)像一顆“睡著了”的星球？最近，科學(xué)家通過(guò)“洞察”號(hào)著陸器留下的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一件挺有意思的事：在火星沉默的地殼底下，可能藏著一個(gè)巨大而復(fù)雜的巖漿系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)，正在悄悄改寫我們對(duì)“死去”行星的理解。

很久以來(lái)，我們習(xí)慣把行星分成兩類。一類是像地球這樣，表面分成幾大板塊，彼此碰撞擠壓，不斷循環(huán)著物質(zhì)和能量。另一類是像水星、金星和火星這樣，外殼是一個(gè)完整的、相對(duì)靜止的“蓋子”，地質(zhì)活動(dòng)看起來(lái)很微弱。后者被科學(xué)家稱為“ stagnant lid ”行星，你可以把它想象成一個(gè)蓋得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的鍋，里頭的東西不容易翻騰出來(lái)。火星就是這類行星里，被人類研究得最透徹的一個(gè)。幾十年來(lái)，環(huán)繞器、著陸器和火星車不斷造訪它，試圖窺探它的內(nèi)部。

在這些使者中，有一位非常特別。它就是美國(guó)國(guó)家航空航天局的“洞察”號(hào)著陸器，全名翻譯過(guò)來(lái)大概是“利用地震調(diào)查、大地測(cè)量和熱傳輸進(jìn)行內(nèi)部探測(cè)”。你看，名字本身就把目標(biāo)說(shuō)得很清楚：別的任務(wù)忙著看火星表面，而“洞察”號(hào)，是專程來(lái)給火星“做B超”的。這項(xiàng)任務(wù)一直堅(jiān)持到2022年初，因?yàn)樘?yáng)能板被灰塵覆蓋，最終失去動(dòng)力。在停止工作前，它還遇到了另一個(gè)麻煩——有一臺(tái)關(guān)鍵儀器沒(méi)能完全部署到位。但即便如此，它依然收集到了一些寶貴的數(shù)據(jù)，揭示了火星內(nèi)部此前不為人知的秘密。

其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)，直指火星地殼里一個(gè)神秘的地帶。在火星地殼內(nèi)部大約24公里的深處，存在一個(gè)明顯的分界面。而地殼與地幔的真正分界處，則在更深的地方，大約38公里深處。這個(gè)殼內(nèi)不連續(xù)面到底意味著什么？此前，科學(xué)家們一直沒(méi)能給出清晰的解釋。現(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究為我們提供了一種可能性：這個(gè)分界面，其實(shí)是火星大規(guī)模巖漿活動(dòng)的證據(jù)，一塊曾經(jīng)存在過(guò)的“巖漿海洋”留下的印記。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然·天文學(xué)》期刊上，標(biāo)題可以理解為《火星上熔體虧損的下地殼和跨地殼巖漿活動(dòng)的地震學(xué)證據(jù)》。研究的主要作者托伯莫里·麥基-錢皮恩博士，在開展這項(xiàng)研究時(shí)，任職于牛津大學(xué)地球科學(xué)系。研究人員在論文中寫道：“火星的地殼保存了在沒(méi)有板塊構(gòu)造情況下的早期行星演化記錄，為理解類地行星的發(fā)展提供了至關(guān)重要的見(jiàn)解。”他們還提到，“來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局洞察號(hào)任務(wù)的地震數(shù)據(jù)，揭示了一個(gè)分層的地殼，在約24公里深處存在一個(gè)殼內(nèi)地震波不連續(xù)面，位于約38公里深處的地殼-地幔邊界之上。”至于這個(gè)不連續(xù)面究竟是什么，研究團(tuán)隊(duì)自己也說(shuō)，到目前為止，還沒(méi)有定論。

要理解這一切，我們得稍微聊聊地震波。這就像是給行星做CT掃描時(shí)用的“X光”。主要靠?jī)煞N波，一種叫p波，也叫縱波或壓力波，它跑得最快，傳播方向與介質(zhì)振動(dòng)方向一致，就像手風(fēng)琴一樣一推一拉。另一種叫s波，也叫橫波或剪切波，跑得慢一些，它的傳播方向與介質(zhì)振動(dòng)方向是垂直的，就像你抖動(dòng)手里的繩子，繩子上的起伏是上下走的，但能量是向著前方傳遞的。這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：s波無(wú)法穿過(guò)液體，因?yàn)橐后w不具備抵抗剪切變形的能力。我們之所以知道地球擁有一個(gè)液態(tài)的外核，就是通過(guò)觀測(cè)s波在地球內(nèi)部的“消失”推斷出來(lái)的。地震學(xué)家通過(guò)對(duì)比這兩種波在不同深度、不同介質(zhì)中的速度和到達(dá)時(shí)間，就能反推出行星內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)狀態(tài)。

那個(gè)大約在24公里深的不連續(xù)面，在之前的研究里已經(jīng)被注意到，但它究竟是什么，始終是個(gè)謎團(tuán)。為了弄清楚這個(gè)分界面的物理性質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)需要確認(rèn)它到底是不是一個(gè)能夠阻擋s波的“液態(tài)層”。他們分析了洞察號(hào)記錄到的火星震數(shù)據(jù)，特別是那些穿透不同深度地層的地震波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，s波確實(shí)可以穿過(guò)這個(gè)24公里的不連續(xù)面，但是速度會(huì)發(fā)生明顯的變化。這說(shuō)明，那里并非完全的液態(tài)巖漿湖，而可能是某種性質(zhì)介于固態(tài)和液態(tài)之間的過(guò)渡地帶。說(shuō)人話就是，這不太像地下一個(gè)純粹的巖漿湖，倒更像是巖石的骨架里，填充著部分熔融的物質(zhì)，形成了一種“晶粥”或者“糊糊”一樣的狀態(tài)。

更有意思的證據(jù)，來(lái)自更深的地方。研究人員發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)24公里的分界面之下，也就是火星的下地殼部分，p波和s波的速度都異常地高。這意味著什么？高地震波速度通常表明物質(zhì)更致密、更堅(jiān)硬。研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，這個(gè)下地殼可能是一種“熔體虧損”的殘留物質(zhì)。你可以這樣想象：一大鍋混合好的“巖湯”在加熱，里面更容易熔化的部分——我們稱之為“熔體”——就像湯里的油花一樣，會(huì)向上遷移、聚集，最終在淺處冷卻形成上部地殼。而原地的“湯底”，也就是那些難熔的、富含鎂和鐵的礦物殘留下來(lái)，就形成了致密而堅(jiān)硬的下地殼。這個(gè)過(guò)程，就是科學(xué)家所說(shuō)的地殼內(nèi)巖漿分異。火星，似乎在自己還年輕的時(shí)候，就經(jīng)歷過(guò)一場(chǎng)轟轟烈烈的內(nèi)部物質(zhì)大分選。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)之所以讓人困惑又著迷，恰恰在于火星是一顆 stagnant lid 行星。在傳統(tǒng)的觀念里，這種星球的“蓋子”太厚太完整，很難形成像地球那樣，因?yàn)榘鍓K俯沖而產(chǎn)生的巨量巖漿。但數(shù)據(jù)告訴我們，火星地殼內(nèi)部的巖漿活動(dòng)規(guī)模和復(fù)雜性，可能遠(yuǎn)超我們以往的想象。研究人員推測(cè)，這或許源于火星早期形成時(shí)殘留的原始熱量，或者是地幔中某些放射性元素衰變提供的持續(xù)熱源，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)間里，緩慢熬煮著底部的巖石，形成了規(guī)模浩大的“跨地殼巖漿系統(tǒng)”。整個(gè)地殼，從底到頂，都曾被這些熾熱的熔體滲透和改造過(guò)。

這件事本身沒(méi)那么神奇，真正神奇的是它帶來(lái)的聯(lián)想。我們一直認(rèn)為，板塊構(gòu)造是維持行星宜居性的一把關(guān)鍵鑰匙。在地球上，板塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)著碳-硅酸鹽循環(huán)，像一個(gè)恒溫器一樣，在億萬(wàn)年尺度上調(diào)節(jié)著地球的溫度，讓地球不至于過(guò)熱，也不至于凍成冰球。它還能讓埋藏在海洋沉積物里的磷、硫等生命關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素，通過(guò)火山活動(dòng)重新回到地表，讓生命的化學(xué)鏈條得以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。甚至，它通過(guò)制造山脈、裂谷、深海熱泉等多樣化的環(huán)境，為生命提供了在多次大滅絕事件中存續(xù)下去的避難所。但板塊構(gòu)造到底是生命誕生的必要條件嗎？這件事，科學(xué)界目前還沒(méi)定論。

火星給了一個(gè)非常有意思的對(duì)照。假如這顆紅色星球的地殼深處，確實(shí)存在如此規(guī)模宏大、持續(xù)至今或被封存的巖漿系統(tǒng)，那么即便沒(méi)有板塊運(yùn)動(dòng)，行星內(nèi)部的熱量和化學(xué)物質(zhì)，依然有可能找到一條通往地表的出路。這是一種不一樣的物質(zhì)循環(huán)方式。曾經(jīng)，在火星還濕潤(rùn)、溫暖的時(shí)候，那些深處的巖漿與地下水相遇，會(huì)不會(huì)在局部區(qū)域，創(chuàng)造了某些短暫卻足以讓生命萌芽的化學(xué)環(huán)境？或許是在海底的熱液噴口，或許是被巖漿加熱的深部含水層。我們不知道答案，但這讓尋找火星古老生命的痕跡，又多了幾分新的想象空間。

當(dāng)然，別忘了這一切猜想，都建立在一個(gè)小小的地震儀所捕獲的那些微弱震動(dòng)之上。洞察號(hào)因?yàn)閮x器的部署問(wèn)題，其記錄的信號(hào)并不完美，充滿噪音。那個(gè)24公里的不連續(xù)面，究竟是全球性的，還是只存在于著陸器下方的局部結(jié)構(gòu)？這些巖漿活動(dòng)，是發(fā)生在幾十億年前早已凝固的古老遺跡，還是直到今天，火星的地幔深處依然在緩慢翻騰，間歇性地向上輸送著滾燙的“巖汁”？這些都是未知的。

這項(xiàng)研究，就像在地球之外，第一次隱約描繪出一張并不依賴板塊構(gòu)造的行星巖漿圖像。它提醒我們，行星的生命故事，可能比我們預(yù)想的更加豐富多彩，也更具韌性。當(dāng)我們?cè)谝箍罩锌吹侥穷w紅色光點(diǎn)時(shí)，也許會(huì)換個(gè)角度想：在它冰冷、寂靜的鐵銹色外殼之下，或許從未真正徹底睡去。深埋于地殼之下的那份宇宙熱量，也許還在用它自己的方式，講述著一個(gè)漫長(zhǎng)的、未能成型的世界史詩(shī)。而我們，才剛剛從一絲微弱的顫動(dòng)中，聽(tīng)到了這個(gè)故事的開篇。