準確定位火星地震(火震)能夠為探索火星內部地震活動性、地下結構、物質組分以及深部動力學過程提供關鍵信息。通常,描述火震的位置需要兩個基本參數——震中距和反方位角。在美國洞察號(InSight)任務的單臺定位研究中,地震波走時分析和波形極化分析分別用于確定震中距和反方位角。而相比于震中距,反方位角的有效測定更具挑戰性,這是由于InSight記錄的地震波振幅比走時更容易受到噪聲干擾。前人研究使用多種方法來確定火震的反方位角,但對于每一個火震,通常需要人為選擇最優的地震記錄時間窗和頻率范圍來進行分析。由于對于這些參數的選擇具有較強的主觀性以致分析結果存在較大的不確定度,目前僅獲得了少量低頻火震位置信息,且不同研究對部分火震的定位結果存在明顯差異,這制約了對火震活動性的深入認識以及對火星內部結構的有效約束。

圖1.?兩個火星隕石撞擊事件的真實位置(黑色五角星)、本研究測定的撞擊位置(黃色圓圈)和MQS發布的撞擊位置(白色圓圈)的對比。(a)撞擊事件在火星表面的位置及其反方位角偏差;(b)S1094b事件反方位角統計測定結果;(c)S1000a事件反方位角統計測定結果。?來源:中國科學院

圖2.?重新定位的低頻火星震分布 來源:中國科學院
針對火震反方位角定位難題,中國科學院地質與地球物理研究所博士后王旭、研究員陳凌和副研究員王新,經過反復試驗測試,提出了基于變參數極化分析的單臺站事件反方位角有效測定方法,用以確定InSight低頻火震的反方位角。該方法采用滑動時間和頻率窗來處理波形數據,基于主成分分析分別獲取每個參數組合下的火震事件波形極化特征和噪聲極化特征,并通過統計分析和與噪聲對比確定事件反方位角的最優估計和不確定度。為了驗證方法的有效性,該團隊將其應用于兩個已知真實位置(由軌道圖像確認)的火星隕石撞擊事件S1094b和S1000a波形數據。采用新方法約束的位置比已報道的InSight團隊MQS(MarsQuake Service)定位結果更接近真實的隕石撞擊點,兩個事件反方位角測定值與真實值的差距分別縮小了約5度和14度(圖1)。這表明新方法能夠有效壓制參數主觀選擇所帶來的影響,在反方位角測定精度方面具有顯著優勢。
該研究采用新方法進一步剖析了44個低頻火震,其中39個獲得了可靠的反方位角測定結果。研究結合MQS發布的震中距信息,對這些火震進行了重新定位。新的定位結果顯示(圖2a),低頻火震主要分布在InSight著陸點以東約1500公里處的科柏洛斯槽溝(Cerberus Fossae)區域,同時在北部低地、南部高地以及沿火星二分邊界附近也存在火震分布。這一新成果提供了目前為止最完整的低頻火震分布圖像,揭示了科柏洛斯槽溝區域的火震更靠近約5萬年前仍有火山活動的斷裂尾端(圖2b),而在其他區域火震的分布也更廣泛,特別是首次在南部赫斯珀利亞高原(Hesperia Planum)發現了4個火震事件,表明火星的構造活動可能比以往所認為的更為活躍。然而,要探究不同區域低頻火震的成因及其反映的火星構造特征,需要開展更多的火震定位和震源機制研究。
相關研究成果發表在《地球物理研究通訊》(GRL)上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國博士后科學基金的支持。
火星是個不適合蓋房子的地方。那里極度寒冷,飽受輻射侵襲,且近乎真空。更不用說,即便是建造一座簡陋的庇護所,其建筑材料也可能需要在太空中飛行數月,才能用得上。但并非必須如此。香港科技大學副教授仇霽申與合......
作為我國行星探測工程的關鍵一步,天問三號火星取樣返回任務有望成為人類歷史上首次成功實施的火星取樣返回任務。在3日舉行的2026年深空探測(天都)國際會議上,中國科學院院士、天問三號任務首席科學家侯增謙......
甲烷被認為是未來火星資源開發和原位能源利用的潛在資源。可燃冰(甲烷水合物)是甲烷在火星地下的固態儲存載體,也是研究火星地下環境演化的重要研究對象。近日,中國科學院地質與地球物理研究所研究團隊綜合分析了......
火星上潛藏著許多紅色珍寶。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室科學家首次在火星鵝卵石中發現寶石級礦物,其成分與地球上的紅寶石相差無幾。相關研究已于近日在美國得克薩斯州舉行的月球與行星科學會議上發布。這些微小又耀......
如今的火星是一顆寒冷干燥的星球,但它并非一直如此。記者6日從中國科學院地質與地球物理研究所獲悉,通過分析祝融號火星車獲取的高頻雷達數據,來自該所等單位的科研人員發現,火星表層在約7.5億年前仍存在顯著......
近日,中國科學技術大學教授孫道遠、毛竹團隊聯合國外學者,通過深入分析美國國家航空航天局洞察號探測器記錄的火震數據,首次確證火星內部存在一個半徑約600千米的固態內核,并揭示其主要成分構成可能是富含輕元......
近日,中國科學技術大學教授孫道遠與毛竹團隊聯合國外學者,在行星科學研究領域取得重要進展。研究團隊通過分析美國國家航空航天局“洞察”號探測器記錄的火星地震(火震)數據,首次確證火星內部存在一個半徑約60......
據《自然》報道,美國總統特朗普關于火星探測相關任務的混亂決策,以及科學家們在是否支持推動火星研究方面意見的不一致,讓美國國家航空航天局(NASA)的火星計劃陷入混亂。上周,特朗普提出了NASA有史以來......
科學家在國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的資助下,研究發現位于火星北半球烏托邦平原南部的“祝融號”著陸區,地下10米~35米深處存在多層傾斜沉積結構。這些地質特征與地球海岸沉積物高......
在天空中,火星很容易就被識別出來,因為它有著所有裸眼可見行星中最獨特的顏色——紅色。很久以前,人們就對火星這一抹獨特的紅色著迷不已。為了配合這顆星球猩紅的顏色,羅馬人以嗜血的戰神“瑪爾斯”為它命名。而......