火星地震顯示，火星最大峽谷水手號峽谷至今仍在開裂

太陽系最大的峽谷並不是一片死寂的地景。美國國家航空暨太空總署（NASA）InSight登陸器記錄到的一次火星地震，源自水手號峽谷（Valles Marineris）地底深處一條斷層的滑動。這個峽谷系統橫貫火星將近四千公里，這意味著數十億年前在那裡形成的斷層，至今仍可能在這顆行星目前承受的應力作用下破裂。

這一點之所以重要，是因為火星沒有移動的板塊。在地球上，板塊彼此摩擦錯動，讓古老的斷層保持活躍。火星的外殼則像一個緩慢冷卻的單一「蓋子」，這類地殼中的斷層會隨時間癒合並變得更加堅固。新的分析顯示，峽谷下方至少有一條深部斷層並未癒合封死，它位於地表以下二十至四十公里處。

這項研究刊登於《自然通訊》（Nature Communications），由倫敦帝國學院的Jung-Hun Song主導，合作者包括同樣任職於帝國學院的Doyeon Kim、哥倫比亞大學的Folarin Kolawole等人。研究所依據的是單一事件，編號S0976a，這是InSight在火星西半球定位到的唯一一次火星地震。

「Valles Marineris是整個太陽系中最壯觀的地質構造之一，但直到現在，我們仍無法確定它的斷層是否依然活躍。」Song說。「我們看到的是，這裡並不只是一片『死去的』化石地景，峽谷深處的斷層仍可能滑動並引發火星地震，即使當初塑造它們的地質作用早已停止。」

在火星另一側，只靠一台地震儀解讀斷層

在地球上，地震學家會比較震央周圍數十個測站記錄到的初動，來推斷斷層如何運動。InSight只有一台地震儀，而S0976a幾乎發生在火星的另一側，角距離約146度，沿地表約8,600公里。直達波沒能以可用的形式抵達登陸器。抵達的是PP波和SS波，也就是在傳播路徑中途於火星表面反射一次的縱波與橫波。

研究團隊針對多種火星內部模型，以電腦合成的理論地震圖為這兩組波列建模，測試了斷層走向、滑移方向，以及深達50公里範圍內各種深度的所有組合。為了驗證單一測站能否勝任，他們將同樣的方法套用在美國內華達州一次規模6.5的地震上，這次地震由澳洲一台地震儀在幾乎相同的距離記錄到。結果，這套方法還原出了正確的斷層。

對S0976a而言，答案是平移斷層破裂：兩塊地殼沿著一條陡峭的斷層水平錯動，就像加州的聖安地列斯斷層。在所有與波形吻合程度可接受的解當中，82.2%屬於這一類型。破裂深度約20至40公里，位於中下部地殼，在55至65公里深的地殼底部之上。將波形擬合結果結合已知的斷層分布圖與高頻波的來向，震源被定位在峽谷西部的Ius Chasma附近。

排除山崩與隕石撞擊

火星上的地震訊號並不自動代表斷層活動。隕石撞擊和山崩同樣會震動這顆行星，而Valles Marineris沿線布滿巨型山崩堆積物。研究團隊直接檢驗了這些可能的震源。模擬撞擊的爆炸模型與以力為基礎的山崩模型，都無法重現波的極性、到時與相對強度，也無法產生資料中強烈的水平搖晃。此外，火星上已確認的撞擊往往產生高頻訊號，而S0976a是一次低頻事件。

研究人員接著檢視了地震發生後，NASA火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）上的背景相機（Context Camera）所拍攝的所有震源區影像。足以產生這種訊號的山崩，至少需要移動1,000萬立方公尺的岩石，並留下寬數百公尺至一公里的新鮮堆積物。但影像中沒有這樣的痕跡，也沒有新的撞擊坑。相較之下，InSight目錄中此後唯一一次遠距事件S1000a，經證實是一次流星體撞擊，從軌道上觀測到了新形成的撞擊坑。

「這個結果之所以令人信服，是因為幾種完全不同類型的證據都指向同一個方向。」Song說。「地震波告訴我們，在遠低於地表的一條斷層上發生了側向滑動，而從軌道上看到的地質則顯示，這個區域被長期存在的斷層系統所貫穿。」

長度將近大峽谷9倍的峽谷

根據帝國學院的說法，Valles Marineris綿延將近3,900公里，最寬處達600公里，深度超過9公里。以最大尺寸計算，其長度接近美國大峽谷的9倍，寬度超過其20倍，深度約為其5倍。它與塔爾西斯（Tharsis）一同形成，後者是孕育奧林帕斯山（Olympus Mons）的巨大火山隆起。地質學家長期爭論，這座峽谷究竟是以裂谷形式張開、在自身重量下崩塌，還是被斜向撕裂而成。

這次火星地震為這場爭論提供了新證據。它所記錄的應力模式，與「增厚地殼重力崩塌形成峽谷」的模型不符，反而與斜向撕裂、兼具拉張與側向剪切的峽谷形成方式相吻合。這次地震的最大擠壓方向大致為西北西，也與赫斯珀里亞紀（火星歷史的早期階段）峽谷早期變形時推斷出的擠壓方向一致。數十億年後，同樣的應力方向似乎仍作用在同一套斷層構造上。

作者指出，目前可能有三種力量在為這些斷層累積應力：行星冷卻造成的緩慢收縮、Tharsis隆起的重量，以及侵蝕掏空峽谷所造成的卸載。藉由S0976a，InSight已揭示火星上三種不同類型的活動斷層作用：Cerberus Fossae裂隙下方的拉張、Elysium Planitia南部地殼邊界附近的擠壓（任務記錄到的最大火星地震S1222a即發生於此），以及Valles Marineris下方的平移錯動。

「這顯示在一顆沒有板塊構造的行星上，數十億年前形成的構造依然重要，至今仍能控制地殼在何處破裂。」Kolawole說。

仍未解決的問題

所有結論都建立在一台儀器記錄到的一次火星地震上。由於只有一個測站，這種方法只能給出兩個互相垂直的可能斷層面，無法判斷實際上是哪一個發生滑動；而且估算出的斷層走向，也與地表測繪出的任何單一主要斷層組不吻合。定位也有一部分仰賴已測繪斷層的密度，作者稱這只是判斷深部滑動發生位置的大致參考，而非直接量測。

研究沒有記錄到餘震。團隊認為這在意料之中：在他們的模擬中，InSight在那樣的距離、50個火星日內，就算只偵測到一次較大餘震的機率也僅有0.1%，因為火星的核心與深部內部會阻擋並削弱來自另一側的波。沒有餘震並不構成否定這項結果的證據，但也代表沒有第二個事件可以證實它。

這項研究無法說明峽谷多久破裂一次，也無法說明那裡的地震最大可能有多強。S0976a是一次中等規模的事件，符合既有斷層上一小塊區域的有限滑動，而不是新的破裂。作者也無法區分目前的應力有多少來自Tharsis下方地殼的彎曲、有多少來自更深部的支撐。他們還指出，定位精確的火星地震數量稀少，可能既反映火星本身較為平靜，也同樣反映InSight紀錄時間短、只有單一測站的侷限。

水手號峽谷火星地震常見問題

火星現在還有地殼活動嗎？

有，至少在部分地區是如此。InSight在任務期間記錄到火星地震，針對個別事件的分析顯示，Cerberus Fossae裂隙下方、Elysium Planitia南部，以及如今的Valles Marineris下方，都有活動斷層作用。火星沒有移動的板塊，因此這些活動來自單一剛性外殼內部的應力。

水手號峽谷跟大峽谷比起來有多大？

它綿延將近3,900公里，最寬處達600公里，深度超過9公里。其長度接近美國大峽谷的9倍，寬度超過其20倍，深度約為其5倍。

水手號峽谷底下的火星地震是怎麼造成的？

根據這項研究，地震源自峽谷西部地下20至40公里處一條古老斷層上的平移破裂，地殼塊體沿水平方向彼此錯動。隕石撞擊與山崩已被排除，因為它們無法重現記錄到的波形，而且軌道影像中也沒有出現新的撞擊坑或山崩。

火星有板塊構造嗎？

沒有。火星外殼就像一個單一的停滯蓋層，數十億年來持續冷卻與收縮。這項研究顯示，該蓋層內部的斷層在現今的應力下仍可能滑動。

InSight於2021年8月25日記錄到S0976a，那是它在火星表面工作的第976個火星日；這項任務已於2022年12月結束。論文於2026年10月15日發表。由於目前火星上已沒有運作中的地震儀，現有的InSight目錄就是這顆行星唯一的地震紀錄。研究團隊表示，這項成果顯示這些紀錄中仍蘊藏著多少資訊。

同一次地震先前已被「挖掘」過一次：它的地震波穿過火星核心，協助描繪出這顆行星最深的一層。「從單單一次火星地震，我們既能了解行星的中心，也能了解其最引人注目的地景之一下方的一條活動斷層。」該研究的資深作者Kim說。

參考文獻：Song et al., “Active crustal straining and fault reactivation at Valles Marineris,” Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-78193-6

標籤: 天文學, nasa, 火星, InSight, 火星地震, Valles Marineris