月球和火星上存在地震嗎？我們是如何檢測的？

竊聽像火星和月球這樣的外星世界內深處迴蕩著的顫慄聲，這有助於我們揭示了它們表面之下的深處地質活動情況，並可以使我們更多地瞭解我們自己的星球是如何形成的。

圖註：月球上的第一個地震儀帶有太陽電池板和指向地球的天線，由阿波羅11號宇航員放置在月球上，並由巴斯德·奧爾德林（Buzz Aldrin）踩腳測試
在地球上，我們可以感覺到並看到構造板塊在我們腳下移動的可怕結果。當它們一起研磨時，它們會產生地震，並產生地震波，這些地震波在我們星球深處的岩石、岩漿和金屬層中迴蕩。
科學家可以使用各種儀器來監測這些地震波，這些儀器甚至可以拾取穿過地殼和核心的微弱振動。研究這些波的行為如何在它們穿過我們的行星內部時發生變化，從而揭示出地球深處的東西的細節，這些東西遠在我們的視線之外。

但是地球並不是我們太陽系中唯一存在地震活動的地方。火星和月球都經歷了地震——儘管其原因與地球上的原因不同。地震儀部署在月球上，以及最近在火星上，使研究人員能夠探究這兩個遙遠世界的內部。
結果表明，雖然在地球表面上、火星和月球並不相同，但在其下方它們的共同點比人們想像的要多，但存在一些驚人的差異。
月球地震

月球地震——在月球上眾所周知——是由於流星體撞擊表面或地球引力拉動並拉伸月球內部而產生的，這與月球對地球海洋的潮汐拉動類似。 當月球內部變冷時，它還會使月球像葡萄乾一樣收縮和萎縮，並在地殼彎曲和破裂時引起其他地震。由於月亮從夜晚升起時月球殼中的溫度差異，來自太陽的熱量也會產生熱震。

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在1969年至1972年的阿波羅飛行任務期間，宇航員在月球上部署了五個地震儀。月球地震儀由尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林在阿波羅11號任務中建立。部署儀器後，奧爾德林（Aldrin）踩在月球表面以檢查其是否工作正常——儀器會拾取腳產生的波浪。
其他四台地震儀由隨後的任務遺留下來，並且一直運行到1977年，即最後的阿波羅宇航員踏上月球表面五年之後。 但是大約43年後，科學家們仍在仔細研究他們的數據。
SeisMo是最近重新分析數據的一個項目。“我們正在嘗試應用一種在地球上非常普遍使用的技術，”該項目的首席科學家，美國宇航局噴氣推進實驗室的塞裡·納恩博士說，“如果使電台之間的噪聲互相關，則實際上可以看到它們之間傳播的波。第一個電台是源，第二個電台是接收機。”
不幸的是，納恩博士無法從月球數據中獲得類似的模式。但是那次失敗揭示了關於月球的其他東西——即它似乎沒有表面波，這些表面波被困在岩石的上層並在周圍反彈。納恩博士說：“月球上似乎不存在這種波。”

圖註：1969年至1972年，月球上總共人工放置了5個地震儀，其中一台是1969年阿波羅12號宇航員艾倫·比恩放置的。
這表明月球表面的上層可能高度破裂，厚度高達100公里，兩者都擾亂了地震波在整個表面上的運動。納恩博士說：“這個高度斷裂的層正在改變地震波的行為方式。”
目前，月球上沒有有源地震儀。但有人建議在未來的任務中將新的地震儀送回月球表面。
“我們有興趣使用更小的地震儀，可由穿進器攜帶該地震儀發射到月球，穿進器類似導彈形狀的物體。” 納恩博士說，“在穿進器後面放了一個很小的地震儀，然後從下降的著陸器或直接從地球發射它們。”
問題

在月球上放置新的地震儀可能會回答幾個懸而未決的問題，例如，為什麼月球的近側（朝向我們）和遠側（北向我們）之間存在巨大的結構差異。
納恩博士說：“（可能）與內部結構有關。有一種理論認為月球形成後被地球的另一顆衛星撞擊，這就是為什麼您會得到這種奇怪的不對稱性。探索內部結構將很有趣。最重要的是，我們想限制月球核心的厚度。”
理解這一點可以幫助證明有關地球和月球形成時，這些早期的災難性影響如何幫助確定其今天的結構的理論。

但是，在火星上，情況有所不同。地震不是由潮汐相互作用產生的，而是由行星的冷卻和收縮產生的產生深應力導致的。據信，流星體撞擊也起到一個作用，就像在月球上一樣，在行星周圍發出地震波。
直到2018年研究人員在美國宇航局（NASA）的洞察號（InSight)任務中將地震儀降落在這顆紅色星球上之後，才證明火星地震的存在。洞察號火星著陸器於2019年4月6日使用其內部結構抗震實驗（SEIS）儀器檢測到了首次定性地震，該儀器在著陸器於2018年11月26日降落後不久被其機械臂輕輕地放置在地面上。從那時起，還檢測到約500個後續事件。
火星火山活動

儘管大多數地震規模較小，但其中一些地震規模卻足夠大（幾乎相當於4級地震），可以追溯到其源頭，即洞察號火星著陸器以東約1600公里的科伯洛斯槽溝（Cerberus Fossae）地區。人們認為，由於火星地殼中的裂縫被拉伸，可能是由於火山活動，應力的累積導致了那裡的地震。

圖註：自從研究人員於2018年在NASA的洞察號（InSight）任務中將地震儀降落在火星上以來，它已經記錄了地球上約500次地震事件。
雖然較大的地震似乎起源於火星地殼下方的地幔，但較小的地震卻被認為始於地殼本身。然而，在距離地表八到十一公里的火星上地殼中，地震波的速度似乎比地球上類似的岩石低約50％。
GeoInSight項目的研究人員一直在研究洞察號著陸點周圍地面的地質情況，以瞭解可能發生的事情的更多信息。他們使用了來自NASA火星偵察軌道飛行器（MRO）的圖像和數據來研究洞察號到達之前的埃律西昂平原（Elysium Planitia）地區。
GeoInsight項目協調人，丹麥哥本哈根大學的盧潘博士說，這些圖像顯示，著陸器下方有200至300米的熔岩流。她說：“但是在這些熔岩流之下，我們有幾公里深的沈積岩和粘土岩。”

潘博士說，這種分層是地震波速度較低的一種解釋，因為沈積岩的孔隙度很高，可能會使地震波減慢速度。另一個可能性是，上地殼已被隕石撞擊和其他過程嚴重破壞和破裂，從而對波產生更大的阻力。
潘博士指出，這些發現也對洞察號的其他一些結果產生了影響。“例如，洞察號令人興奮的發現之一就是磁場，它是我們從軌道上觀察到的磁場的十倍。”她說， “已經建立了地層學（岩石的分層），我們可以幫助對磁場的來源施加一些限制，即39億年前（前）的地層。”
嗡嗡聲

儘管洞察號將繼續使用SEIS儀器探查火星內部，但科學家們也熱衷於揭開它正在獲取的奇怪讀數的奧秘。
“當發生另一事件時，嗡嗡聲以特定的頻率發生。” 潘博士說，“我們真的不明白這是什麼。有時候在發生地震時，我們會看到嗡嗡聲隨之而來。我們在地球上確實沒有一個很好的類似物。”
當洞察號及其儀器聆聽這顆紅色星球的內部運行狀況時，它可能有助於揭示嗡嗡聲的根源，並揭示出這個外星世界內部的真正含義。