火星擁有太陽系中最大的謎團之一：火星二分現象（Martian dichotomy）。自從1970年代由維京號發現以來，這一現象一直讓科學家困惑不已。
圖說：高解析度的火星全球地形圖，可明顯看出火星南北半球之間的差異。來源：NASA/JPL-Caltech/GSFC
火星的南部高地（覆蓋火星表面的三分之二）比北部低地高出5到6公里，表面遍佈隕石坑（代表較古老的地表）和古老的火山熔岩流痕跡；相比之下，北部低地的表面平滑且平坦，幾乎沒有明顯的地形特徵。從地球物理和天文測量中，還得知火星南部高地的地殼厚度遠厚於北部低地。此外，南部高地的岩石具有磁性，代表它們形成於火星擁有磁場的古老時期，而北部低地的岩石則不具有這種特性。
針對火星二分現象的起源，科學界主要有兩種假說。一是內生假說，認為火星內部的熱對流，即地函中熱物質上升和冷物質下沉的運動導致了地殼厚度和高度的差異；二是外生假說，提出火星早期可能經歷了月球大小的天體撞擊或多次較小天體的撞擊，剝離了北半球的大部分地殼，形成了如今的低地。
發表於《Geophysical Research Letters》的最新研究分析了NASA洞察號火星探測器（InSight）的火震資料。洞察號位於火星二分現象邊界附近，透過研究震波如何穿過火星地殼和地函傳播，研究團隊發現火星二分現象的答案可能深藏於火星的內部。在地球上，可以利用數臺地震儀來定位地震的位置，但在火星上只有洞察號上的一個地震儀，使得地震分析更加複雜。研究團隊測量P波和S波兩種型別震波的到達時間差，分析地面顆粒的運動方向，並與已知的隕石撞擊事件對比檢驗，估算出震源的距離與方向。團隊比對分別來自於南部高地與北部低地的兩組震源，發現震波在穿過南部高地時能量衰減更快，代表該區域地函溫度較高。相比之下，北部低地顯示出地函溫度較低，熱量散失較快。
南北地函溫度的差異是支援內生假說的重要證據，團隊模擬火星早期地質活動，火星可能存在只有一個熱對流上升區和下降區的對流模式，導致南半球地殼增厚形成高地，而北半球地殼則因冷物質下沉而變薄。同時，火星可能曾擁有像地球一樣的板塊運動，但隨著其逐漸冷卻形成了「靜止巖蓋」，進一步穩固了二分現象的結構。
儘管火震資料提供了重要的線索，火星二分現象的完整解釋仍需更多研究。未來的探測任務，例如ExoMars或火星樣本取回任務，將結合更詳細的火震紀錄與分析化學組成揭開火星地質演化的歷史。
資料來源：The Conversation
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