火星表面一向被形容為「一邊高、一邊低」：南半球是古老、密布撞擊坑的高地，北半球則是地勢較低、年輕得多的平原。最新一項刊於《Nature》的研究指出，這種南北分野可能不只是地殼和地形上的差異——南部地幔目前估計比北部地幔熱 200至400°C，而且物質較柔軟，至少部分區域可能處於熔融狀態。310

這結果為火星著名的「地殼二分結構」提供新角度：火星內部可能長期存在明顯的南北熱力差異。不過，這個差異究竟由甚麼造成，現階段仍未有定論。

研究在火星內部發現甚麼？

研究人員推斷，南部高地底下是較高溫、黏度較低的地幔；北部低地之下的地幔則相對較冷、較堅硬。對岩石來說，溫度越高，通常越容易變形；研究模型亦容許南半球地幔存在部分熔融的可能性。310

這項結果之所以重要，是因為火星表面的南北分界本身已經是太陽系內其中一項最顯著的地質特徵。南部高地地勢較高、撞擊坑較多；北部平原地勢低，有研究曾提出那裏可能是古代海洋所在。一般地質模型亦認為，南部地殼比北部厚。31

換句話說，火星的「兩副面孔」可能不只反映地殼高度、年齡和厚度不同，還反映行星內部本身並不對稱。

研究人員如何「看見」地幔溫差？

研究團隊重新處理了3艘NASA火星探測器合共 16年的精密無線電追蹤數據，包括火星全球探勘者號（Mars Global Surveyor）、火星奧德賽號（Mars Odyssey）及火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）。透過追蹤火星對航天器造成的引力影響，科學家可以繪製更精細的火星重力場，並從中取得潮汐、地殼厚度等有關火星內部的資料。2

關鍵訊號來自太陽引力對火星造成的微小潮汐形變。火星沿着軌道運行時，這種潮汐反應會隨時間改變。研究人員沒有只把火星視為一個擁有單一平均潮汐反應的球體，而是利用「潮汐層析成像」方法，分析不同地區的反應有何差異。812

地幔的溫度和物理狀態會影響岩石的剛性、黏度，以及吸收潮汐能量的方式。研究團隊將火星隨時間變化、而且隨地區不同的重力反應放入模型，推斷南部地幔比北部更熱、機械強度更弱，得出現今約200至400°C的熱異常估算。3

要留意的是，這是一項間接測量。探測器並沒有直接用溫度計量度地幔溫度；科學家實際量度的是重力和潮汐行為，再透過物理模型反推火星深層結構。

這個熱異常可能揭示火星甚麼歷史？

南部高地的磁異常

火星古老南部高地集中分布着強烈的殘留磁異常。這些訊號被認為記錄了火星仍然擁有全球磁場時，地殼岩石所獲得的磁化作用。3037

較熱的南部內部，可能曾經影響早期熔融、火山活動，以及形成或改造後來保存磁性訊號的地殼。不過，這只是一種可能的關聯，並不代表新推斷的熱異常單獨造成了火星磁場，或者解釋了所有已觀察到的地殼磁性。

熱力、水和熱液活動

行星內部熱能可以推動火山活動和熱液循環。過往研究曾指出，南部高地部分地區的地殼磁性，可能與谷網絡，以及地殼內部侵入體上方的熱液排放有關。26

今次研究提供了另一項需要納入考慮的內部條件。假如南部熱能在很長時間內持續存在，便可能有助維持局部地下水循環，或形成地下含水環境。這些可能性與火星過去是否具備宜居條件有關，但研究並沒有證明某個特定盆地曾經有生命，亦沒有證明某處水體曾維持某一段確切時間。

地幔運動與構造活動

熱異常亦可用來限制不同的火星早期演化模型。科學家一直爭論火星是否曾出現局部地幔對流、岩石圈循環，或者有限度、類似板塊構造的活動。火星表面一些線性磁性特徵，過去曾被用來討論早期板塊構造；但這種解讀仍然存在爭議，NASA一項分析就認為，證據並不足以有力支持地球式板塊構造。27

因此，今次研究並沒有證明火星曾經擁有現代地球那種活動板塊。它更明確提出的是：任何解釋火星早期內部演化的模型，都必須能夠交代顯著的南北熱力差異。

為甚麼火星南部地幔會較熱？

研究觀察到的是南北不對稱，但仍未找出它的起源。目前主要有幾種可能性：

• 遠古巨型撞擊： 早期一次非常巨大的撞擊，可能重新排列火星的地殼和地幔，同時造成表面的地殼二分結構，並留下長久的熱力影響。
• 持續很久的南部地幔對流： 一股長期存在的上湧流或地幔柱，可能不斷將熱量帶往南半球。
• 厚重地質結構困住熱力： 南部較厚的地殼或岩石圈，可能像隔熱層一樣，令下方地幔散熱變慢。

現有證據未能明確選出其中一個機制。較穩妥的結論是：火星表面的地殼二分結構，在深層內部似乎有相應的熱力版本；南部地幔目前被推斷為明顯較熱、較弱，甚至部分熔融。究竟這是火星形成初期留下的痕跡，還是長期內部活動的結果，仍有待未來更多重力、地震和地質模型研究解答。

火星表面一向被形容為「一邊高、一邊低」：南半球是古老、密布撞擊坑的高地，北半球則是地勢較低、年輕得多的平原。最新一項刊於《Nature》的研究指出，這種南北分野可能不只是地殼和地形上的差異——南部地幔目前估計比北部地幔熱 200至400°C，而且物質較柔軟，至少部分區域可能處於熔融狀態。310

這結果為火星著名的「地殼二分結構」提供新角度：火星內部可能長期存在明顯的南北熱力差異。不過，這個差異究竟由甚麼造成，現階段仍未有定論。

研究在火星內部發現甚麼？

研究人員推斷，南部高地底下是較高溫、黏度較低的地幔；北部低地之下的地幔則相對較冷、較堅硬。對岩石來說，溫度越高，通常越容易變形；研究模型亦容許南半球地幔存在部分熔融的可能性。310

這項結果之所以重要，是因為火星表面的南北分界本身已經是太陽系內其中一項最顯著的地質特徵。南部高地地勢較高、撞擊坑較多；北部平原地勢低，有研究曾提出那裏可能是古代海洋所在。一般地質模型亦認為，南部地殼比北部厚。31

換句話說，火星的「兩副面孔」可能不只反映地殼高度、年齡和厚度不同，還反映行星內部本身並不對稱。

研究人員如何「看見」地幔溫差？

研究團隊重新處理了3艘NASA火星探測器合共 16年的精密無線電追蹤數據，包括火星全球探勘者號（Mars Global Surveyor）、火星奧德賽號（Mars Odyssey）及火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）。透過追蹤火星對航天器造成的引力影響，科學家可以繪製更精細的火星重力場，並從中取得潮汐、地殼厚度等有關火星內部的資料。2

關鍵訊號來自太陽引力對火星造成的微小潮汐形變。火星沿着軌道運行時，這種潮汐反應會隨時間改變。研究人員沒有只把火星視為一個擁有單一平均潮汐反應的球體，而是利用「潮汐層析成像」方法，分析不同地區的反應有何差異。812

地幔的溫度和物理狀態會影響岩石的剛性、黏度，以及吸收潮汐能量的方式。研究團隊將火星隨時間變化、而且隨地區不同的重力反應放入模型，推斷南部地幔比北部更熱、機械強度更弱，得出現今約200至400°C的熱異常估算。3

要留意的是，這是一項間接測量。探測器並沒有直接用溫度計量度地幔溫度；科學家實際量度的是重力和潮汐行為，再透過物理模型反推火星深層結構。

這個熱異常可能揭示火星甚麼歷史？

南部高地的磁異常

火星古老南部高地集中分布着強烈的殘留磁異常。這些訊號被認為記錄了火星仍然擁有全球磁場時，地殼岩石所獲得的磁化作用。3037

較熱的南部內部，可能曾經影響早期熔融、火山活動，以及形成或改造後來保存磁性訊號的地殼。不過，這只是一種可能的關聯，並不代表新推斷的熱異常單獨造成了火星磁場，或者解釋了所有已觀察到的地殼磁性。

熱力、水和熱液活動

行星內部熱能可以推動火山活動和熱液循環。過往研究曾指出，南部高地部分地區的地殼磁性，可能與谷網絡，以及地殼內部侵入體上方的熱液排放有關。26

今次研究提供了另一項需要納入考慮的內部條件。假如南部熱能在很長時間內持續存在，便可能有助維持局部地下水循環，或形成地下含水環境。這些可能性與火星過去是否具備宜居條件有關，但研究並沒有證明某個特定盆地曾經有生命，亦沒有證明某處水體曾維持某一段確切時間。

地幔運動與構造活動

熱異常亦可用來限制不同的火星早期演化模型。科學家一直爭論火星是否曾出現局部地幔對流、岩石圈循環，或者有限度、類似板塊構造的活動。火星表面一些線性磁性特徵，過去曾被用來討論早期板塊構造；但這種解讀仍然存在爭議，NASA一項分析就認為，證據並不足以有力支持地球式板塊構造。27

因此，今次研究並沒有證明火星曾經擁有現代地球那種活動板塊。它更明確提出的是：任何解釋火星早期內部演化的模型，都必須能夠交代顯著的南北熱力差異。

為甚麼火星南部地幔會較熱？

研究觀察到的是南北不對稱，但仍未找出它的起源。目前主要有幾種可能性：

• 遠古巨型撞擊： 早期一次非常巨大的撞擊，可能重新排列火星的地殼和地幔，同時造成表面的地殼二分結構，並留下長久的熱力影響。
• 持續很久的南部地幔對流： 一股長期存在的上湧流或地幔柱，可能不斷將熱量帶往南半球。
• 厚重地質結構困住熱力： 南部較厚的地殼或岩石圈，可能像隔熱層一樣，令下方地幔散熱變慢。

現有證據未能明確選出其中一個機制。較穩妥的結論是：火星表面的地殼二分結構，在深層內部似乎有相應的熱力版本；南部地幔目前被推斷為明顯較熱、較弱，甚至部分熔融。究竟這是火星形成初期留下的痕跡，還是長期內部活動的結果，仍有待未來更多重力、地震和地質模型研究解答。