2021年12月24日，一顆隕石撞擊火星表面形成的隕石坑。 （NASA/圖）

火星是太空探索的熱點，美國國家航空航天局（NASA）正在火星執行的任務就包括火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）、好奇號火星車（Curiosity）以及洞察號火星探測器（InSight）等，它們在火星軌道和火星表面對這顆紅色星球進行多種形式的探索。

2022年10月27日，一個研究團隊根據從火星勘測軌道飛行器和洞察號獲得的數據，在《科學》（Science）上在線發表了一篇論文，報告了他們對火星的最新研究進展，展示了一個人類有史以來“見證”形成過程的最大隕石坑。

探索火震

洞察號于2018年5月5日發射升空，2018年11月26日成功在火星的埃律西昂平原（Elysium Planitia）著陸。這臺探測器的全稱是“基于地震調查、大地測量與熱傳導的內部探索”，其主要科學目標是通過探測火星的地震波和測量火星內部的溫度來了解火星的演化歷史、研究火星的內部結構和活動。

當地震波在一顆行星內部的不同物質之間穿行時，地震波的速度和波形不同，這些變化幫助地震學家了解行星內部結構的大小、厚度和組成等關鍵信息。在地球上和月球上進行的地震學研究表明，基于震波的地震學觀測是探測星體內部結構非常有效的方式。地核、月核等內部結構的發現都依賴于地震波探測。

洞察號攜帶了三件主要科學載荷，其中包括一臺叫作“探測內部結構的地震學實驗”（Seismic Experiment for Interior Structure，SEIS），這是一部研究火星地震的火震儀。洞察號正在利用這臺儀器記錄火星上發生的地震，探測火星的火核、火幔和火殼。自從在火星著陸以來，截至2022年10月27日，洞察號已經記錄到1318次火星震。

天地協作

2021年12月24日，洞察號記錄到一次震級為4級的火星震，這在火星上是一次罕見的強震。此后，結合火星勘測軌道飛行器獲得的數據，研究人員發現這次火星震有著更為重要的意義。

火星勘測軌道飛行器于2005年8月12日發射升空，2006年3月10日順利進入火星軌道，已經工作超過16年，主要科學目標是尋找火星上是否有水存在的證據，同時收集火星的大氣與地理信息。

2022年2月11日，馬林空間科學系統（Malin Space Science Systems）的研究人員利用火星勘測軌道飛行器獲得的數據在火星北半球的亞馬孫平原（Amazonis Planitia）上發現了一個新形成的隕石坑。這個團隊建造并且管理著兩臺搭載在火星勘測軌道飛行器上的相機，其中的環境相機（Context Camera）提供了黑白的中分辨率圖像，而火星彩色成像儀（Mars Color Imager）則能夠提供火星的每日地圖。

研究人員通過對前后拍攝的圖像進行比對，確認這個隕石坑的形成時間為2021年12月24日，而隕石坑的位置與洞察號上的火震儀記錄到的當天發生的4級火星震的震中吻合。他們在這篇發表于《科學》上的論文中指出，這一天發生的這次火星震正是由一顆隕石撞擊火星表面引起的。

最大的坑

根據火星勘測軌道飛行器和洞察號的數據，研究人員還原了這次撞擊的過程：2021年12月24日，一顆直徑估計在5—12米之間的隕石撞向火星表面。這個大小的隕石會在地球的大氣層中被燒毀，不會威脅人類的安全，但是因為火星大氣密度只有地球大氣密度的1%，因此這顆隕石幾乎毫無阻礙地撞擊火星。這次撞擊在火星表面形成了一個直徑大約為150米、深度為21米的隕石坑，撞擊中被噴射出的物質最遠濺落到37千米外的地方。

火星除了大氣層稀薄無法提供保護外，還緊鄰太陽系內的主小行星帶，因此更易受到隕石撞擊的影響。不過，由于火星表面的風等因素的干擾，洞察號記錄到的火星震絕大多數來自火星內部的地質活動，目前只有極少數確認來自隕石撞擊。在這篇論文中，研究人員還介紹了發生在2021年9月18日的另一次類似事件，那一次撞擊形成的多個隕石坑中最大的一個直徑大約為130米，撞擊引發的火星震震級也達到了4級。2022年9月19日，研究人員在《自然地質科學》（Nature Geoscience）上發表了一篇論文，公布了首批發現的4次隕石撞擊火星所引發的火星震。不過，這幾次火星震的震級較小，都不超過2級。

根據目前掌握的數據，研究人員認為，2021年12月24日隕石撞擊火星形成的這個直徑達到150米的隕石坑是人類有史以來“見證”形成過程的最大隕石坑。火星和月球上還有更多更大的隕石坑，但人類并沒有記錄到它們的形成過程。洞察號撞擊科學工作組（Impact Science Working Group）負責人、美國布朗大學的英格麗德·道巴（Ingrid Daubar）在NASA官網上表示：“發現這樣尺寸的新的撞擊坑是史無前例的。”

發現水冰

這次隕石撞擊將撞擊點附近地下的物質暴露出來，火星勘測軌道飛行器搭載的高分辨率成像科學實驗（High-Resolution Imaging Science Experiment）彩色相機拍攝到撞擊濺出的巨大冰塊。地下冰對于到達火星的航天員是一種至關重要的資源，可以用來滿足多種生活和科研需要，包括飲用、進行農業生產以及電解后作為火箭的推進劑等。這次撞擊的位置為火星北緯34.8^°，研究人員此前從未在比這里更靠近赤道的區域發現過埋藏于地下的水冰。因此，撞擊點所在的這個靠近赤道又有地下水冰的平原地區，對未來載人登陸火星是一個很具吸引力的著陸地點。

在到達火星后的近4年的時間里，洞察號已經取得了豐碩的成果。2021年7月23日，3篇論文同時在《科學》上發表，公布了研究人員基于洞察號獲取的數據所完成的最新研究成果。這些研究首次直接探測到了地球以外另一顆巖質行星的殼層、幔層和內核結構，呈現了關于火星內部結構和演化歷史的豐富信息。

不過，洞察號在火星上工作的日子已經屈指可數。由于太陽能電池板上覆蓋的火星塵埃越來越多，洞察號在近幾個月內出現了嚴重的供能問題。根據美國國家航空航天局的估計，洞察號將在大約6周的時間內徹底失去能量來源，這意味著這項開拓性的火星探索任務將在2022年年底前畫上句號。

南方周末特約撰稿 鞠強