[提要]利用空间技术，探索月球 · 行星的地震环境，揭开各行星的构造之谜。

1969年，美国的阿波罗-11号载人宇宙飞船首次光临了月球，并在月面上设置了地震仪。但来自阿波罗地震仪的地震记录却令地震学家们惊愕不已。因为月震发生后，月球竟会地震波振幅毫不减弱地持续晃动达一小时之多。然而，这种现象在地球上是绝不会发生的，即使强烈地震，其晃动也只不过持续1~2分钟左右。那么大概是月球上的地震仪发生了故障，这种猜测也并非没有道理。以后又作了这样的实验：将推动阿波罗宇宙飞船的大力神火箭残骸掷向月面进行人工月震。通过这次实验得到了与自然月震完全相同的结果，科学家们才放心了。由此表明月球的地震形态与地球有所不同。

1976年无人探测器——海盗2号着陆于火星上的尤德比亚平原，开始了对火星的地震观测。从美国国家航空宇宙局（NASA）得到的观测结果了解到地球外行星的“地震环境”不尽相同。科学家们认为，即使是地球的地震活动，也有许多方面必须要有一个新的认识。在此综合地球、月球、行星的地震环境，结合现在计划中对水星、土星的卫星——泰坦的探测讨论一下地震观测所起到的作用。

地震环境大体包括以下四个方面：

（1）地震力；（2）地震波在行星内部的传播方式；（3）观测点附近的噪声（地震仪测到的地震之外的波）是些什么；（4）地震活动性的程度。

在地震观测开始后不久的二十年代，就已经得知地球的中心存在着一个与其周围不同的部分——地核。若能知道行星是否具有“核”或者“核”的大小程度，那么对认识这颗行星的演化无疑是提供了重要的情报。不用说，同时也了解了这颗行星的磁场。来自于地震活动的情报也能够探明行星的地壳、地幔、核的内部构造及构造活动（地壳、地幔等活动性质）。像这样研究从地震观测所得到的情报，基本上能够揭开行星的一切奥秘。

地球上地震的成因可认为是由于四种力的作用：

（1）包围了地球表面的板块在运动时所产生的力。地球表面是由厚度约为100公里的十几枚“硬板”所构成，我们称这种形成大陆及海洋底的“硬板”为板块。

（2）喜马拉雅、阿尔卑斯之类高山山脉致使地球的平均重力失去均衡而产生的力。很早以前，覆盖了地球表面的冰河溶解，致使斯坎的那维亚半岛正在继续隆起也正是这种力的作用。

（3）岩浆上涌，欲要挤破地壳的力。

（4）由于整个地球忽冷忽热而产生的力。这与地球长时间的收缩或膨胀所产生的力相同。

1960年的智利地震、1978年的宫城县近海地震以及地球上所有大地震的能量基本上都是由（1）的力作用而发生的。这类地震称为板块间地震。由（2）（4）的力而引起的地震一般都不大，这类地震称为板块内地震。

月球具有与地球截然不同的地震环境，那么月震又是何种力在起作用呢？设置在月面上的阿波罗地震仪从1969年7月开始观测直到1977年9月30日为止，共记录了约8年的月球地震活动。搞清了浅发月震和深发月震的活动性。记录表明浅发月震名副其实地发生在月球的浅部——月球上地幔，它就是由在地球上不太活跃的（2）与（4）的力在起作用。

深发月震也不以地球的地震活动来解释。现在已明白深发月震是由地球对月球的潮汐力而引起的。潮汐力会引起地球的潮水上涨，这就是人们所熟知的海平面上下涨落。但人们感到惊奇，潮汐力竟会诱发深发月震。另外，通过航海者一个2号对木星的观测了解到，引人注目的爱奥（木星的卫星）的火山活动也是潮汐力的作用，木星与爱奥之间的潮汐力导致了爱奥的火山喷发。

地震波在行星内部的传播方式，因行星内部构造而异。因此，只要研究地震波的传播方式就能够了解行星的内部构造，地核就是这样得知的。

月球上地震的晃动能持续一小时之多，而且地震波振幅不减弱地维持这么长的时间，主要原因就是地震波的衰减较弱及地震波到处被散射。

当波能传过某个物体时，或在物体内部成为摩擦热、或改变物体的形状而使能量逐渐衰减直至没有。将月球与地球作一比较，月球地震波能的衰减远远比地球小得多。就是说，由于月球上地震波能不太容易衰减，因此不但能观测到观测点周围的地震波，且也能观测到来自远处散射体的波，在同一个地方能多次记录到散射波。

月球上地震波之所以难以衰减，主要是由于月球上没有水。另外，月球表层的构造强烈折皱也是其原因之一。这种强烈折皱大概是40亿年以来接连不断的陨石冲击所造成的。

在进行地震观测时，必须事先了解成为观测干扰的噪声。若在地球上则可人为地把观测点移到噪声较少的地方。但无人行星探测就无法做到这一点。作为地球上的噪声源，来自五个方面：（a）人工噪音；（b）大气波动，特别是风；（c）海流或波浪；（d）雷电；（e）昼夜、季节的温度变化。

月球是一个寂静的世界，它不存在（a）-（b）的噪声。但由于月球的一天约相当于一个月的地球日，因此随着昼夜的变化或月食在月面上产生了相当大的温差，导致月球发出——热月震的微破裂声，它可由仪器观测到。热月震也成为观测构造活动性月震时的干扰。在月震观测时还有一种与地球上的雷电很相似的磁噪声，这种磁噪声是在月球轨道横穿地球磁场时，由月震仪线圈产生感应电所引起。

火星上虽然存在着稀薄的大气，然而没有海洋，所以噪声比地球小。但在海盗探测计划中因为置于火星的地震仪安放在探测器本体内，所以探测器只要因风而晃动一下，其“动作”就被地震仪“忠实地”记录了下来。要是将地震仪埋设在地底下就能够将风的噪声降低到最小值。因此，正在研究这样的计划：参考海盗- 2号所得到的信噪比，把高倍率地震仪系上降落伞，然后使它从围绕火星的轨道落下，插入地下。

阿波罗地震仪或海盗地震仪都是置放在着陆的宇宙飞船探测器附近或探测器内，所以地震以外的科学观测或因通讯从探测器内发出的噪声都被记录了下来，若采用降落伞落下地震仪的方法，就完全避免了此类噪声源。

地球上由于雨水和河流的侵蚀堆积作用，以及火山喷发等原因，远古时存在的表面地形早已荡然无存，尽管通过各种手段研究今天的板块运动，也只能了解到迄今约二亿年前后的地球面貌。然而，我们现在所看到的月球表面却正是太阳系形成不久的40亿年前的面貌，这是通过研究阿波罗宇宙飞行员从月球带回的月球岩石而知道的。

水星和月球的半径都很小，光靠自身的重力无法将大气保持在自己的周围，加之气体分子的热运动以及太阳风的影响而使大气全部丧失。行星内部的构造活动取决其本身内部的温度分布，这个温度分布强烈地依存于行星的大小程度。像水星和月球那么小的天体，内部冷却非常急骤，它们的内部构造活动（地球上的板块运动）在天体形成后不久的早期就已停止。通过阿波罗等探测所了解到的行星演变史与地球有着根本的差异。

那么水星或月球表面地形又是如何形成的呢？主要是由陨石撞击表面而产生的陨石坑（冲击火山口）决定了它们的表面地形。由于没有大气，所以火山口不会风化。另外，由于火山喷发等构造活动早已终止，所以火山口既未被埋入地下也未被破坏。

从表面地形与地震活动有密切关系这一点可推测到：水星或月球的地震活动比地球弱得多。我｛门再通过海盗的探测看看火星的表面地形：

火星的大小介于地球与月球的两者之间，很有可能所得到的信息正好是介于2亿年前的地球与40亿年以来月球的情况。火星上存在着大气，尽管比较稀薄。现在虽然认为火星的构造活动直到最近还在继续，但并未发现犹如地球那样的板块运动或造山运动之类的活动。构造活动与陨石坑的影响似乎对火星的表面地形起了大致相同的作用、

火星上的泰尔希斯高地是最典型的地形。位于此高地的奥林巴斯火山的底面直径约达600公里，高度也有25公里，人们认为它是由直到最近还在反复喷出易于流动的岩浆所造成的地形。另外也了解到这个高地的重力平衡相当紊乱。虽未认为它的活动像地球的板块运动那样活跃，但从它的表面地形或重力情况来看，可以想象火星上地震活动的频度较高。

我们再稍详细地研究一下地球的地震活动，然后与月球、火星的地震活动作一比较。地球的地震活动大致可分为板块间地震、板块内地震以及深发地震等三种类型。就仅较大的地震来统计，约以每年三十次的比例发生。其中75%是板块间地震，15%是板块内地震，其余10%是深发地震。

板块间地震至今仍是地球固有的构造活动，所以在研究月球、火星的地震时必须区别研究。

在对月球的八年观测期间中，浅发月震共发生了28次，可推断月震的年平均值为3.5次。不言而喻，这种由浅发月震释放出的能量远远比地球释放的能量小得多。

尽管从海盗-2号地震仪在火星的尤德比亚平原得到的约560×24小时的观测中选取了噪声（风及其它观测装置所产生）较少的时间阶段内的资料进行仔细分析，也没有发现可肯定为火星震的信息。假设地球与火星每单位面积的地震数目相同，那么计算结果表明火星地震的发生量是地球的1/4。

假若在火星的某处发生了火星震，海盗-2号地震仪能观测到的火星震的震级大致为（M）6.5级以上。在地球上发生（M）6.5级以上的地震每年约为30次。如果认为火星没有地球那样活跃的板块运动，那么就不存在板块间地震，因此应该与地球的板块内地震相比较。由于地球的板块内地震每年为4.5次，所以火星大概每年为1.3次。

海盗-2号很可能是着陆于火星构造活动较弱、地震难以发生的区域，或许记录了与风的噪声无法分辨的火星震。即使如此，海盗地震仪在火星上的观测对于评价火星的噪声比、地震的活动性以及为今后的无人行星探测等方面带来大量珍贵资料。

如上所述，人们探明了行星的地震活动（行星的构造活动）因各行星的大小、半径而大不相同。但就像从木卫-爱奥的火山活动所认识到的那样，还存在着我们目前所无法想象的原因所引起的活动。

从我们现在所掌握的知识来判断、推测一下各行星的地震活动，首先可认为水星具有与月球同样的构造。月球的浅发月震与冲击火山口的生成及月球的伸缩有关，所以水星上也能够发生此类地震。而且，水星轨道不是完全的圆形轨道，因此作用于水星的太阳潮汐力呈周期性变化，很有可能水星内部也有与月球的深发地震相似的活动。

金星表面温度过高，地震观测相当困难。最近得知金星的表面地形与地球非常相似，是太阳系内唯一与地球最相像的行星。人们对金星的研究还刚开始不久，许多方面有待于今后的探索，但估计金星的构造活动比地球稍弱。

火星的构造活动虽然还不能肯定，但从海盗的观测结果来分析，其构造活动大概不到地球的十分之一。火星上的观测点只有一个，但已经有了一年半的数据。当然，还需要更多的数据。总而言之，要揭开行星、卫星的构造之谜需要花费一定的时间。

[《科学朝日》，1981年5月号]