美國國家航空暨太空總署的洞察號火星探測車在火星表面執行任務時遇到了一些挑戰。它的「鼴鼠」工具在嘗試鉆入堅硬的火星土壤時遇到了困難，最終因為太陽能板被灰塵覆蓋而結束了任務。不過，它的一些儀器表現不錯，尤其是用於探測火星內部結構的地震實驗儀器SEIS。
SEIS在四年多的時間裏收集了大量火星地震數據，研究人員透過分析這些數據，計算出了火星新的隕石撞擊率。SEIS的設計目的是透過測量火星地震和撞擊產生的地震波來探測火星的內部結構。它記錄了超過1300次地震事件，雖然無法確切知道其中有多少是由撞擊造成的，但科學家們已經能夠大致估計出來。
2018年12月19日，洞察號探測器將地震儀放置在火星上。後來，SEIS被一個保護殼覆蓋，以防止風的幹擾。這項新研究的成果發表在【自然天文學】雜誌上，題為「利用高頻火星地震統計數據估計火星的撞擊率」。研究的主要作者是蘇黎世聯邦理工學院地球物理研究所的Géraldine Zenhäusern和倫敦帝國理工學院地球科學與工程系的Natalia Wójcicka。
「這是第一篇利用地震學數據確定火星表面隕石撞擊頻率的論文。」 ETH蘇黎世的地震學和地球動力學教授、美國國家航空暨太空總署火星洞察任務的聯合首席研究員Domenico Giardini說。
盡管SEIS是一個高效的儀器，但它並不總能明確每一次地震事件的來源。它檢測到的事件中，只有少數幾次足夠強烈，能夠確定它們的具體位置。然而，有六次靠近洞察號探測器的事件被確認為隕石撞擊，因為它們與流星體進入火星大氣層時產生的聲學訊號相關聯。這六次事件屬於一個更大的稱為非常高頻率（VF）事件組。
與通常測量的3級火星地震源過程需要幾秒鐘不同，由於撞擊的超高速，撞擊產生的地震所需的時間要少得多。這些就是VF事件。在大約三年的記錄時間裏，洞察號和SEIS探測到了70次VF事件。其中59次有很好的距離估計，並且根據研究人員的說法，其中一些是「高品質B VF事件」，意味著它們的訊雜比很強。「雖然不能為每個VF事件排除非撞擊起源，但我們表明，作為一個整體，VF類別很可能是由隕石撞擊引起的。」作者在他們的論文中解釋。
這項研究的圖表顯示了按距離排序的記錄的VF品質B事件的信封，從事件發生前120秒到1100秒後繪制。它們按照第一個訊號（Pg）到達對齊。藍線是第二個訊號到達（Sg）。紅色事件是確認的撞擊事件，對於那些事件，黑線顯示了「啁啾」訊號到達的位置。啁啾訊號是撞擊事件的標誌。
這些發現導致了對火星撞擊頻率的新估計。研究人員表示，每年有280到360個籃球大小的流星體撞擊火星，挖掘出直徑超過8公尺（26英尺）的坑。那是在上限情況下幾乎每天一次。「這個比率比僅從軌域影像估計的數位高出大約五倍。與軌域影像相結合，我們的發現表明地震學是測量撞擊率的極好工具。」 Zenhäusern在新聞釋出會上說。
不同天體在太陽系中的撞擊率是了解它們表面年齡的一種方式。地球的表面相對年輕，因為地球地質活動非常活躍。地球也更容易詳細研究，原因顯而易見。但對於像月球和火星這樣的天體，撞擊率可以告訴我們各種表面的年齡，從而更深入地了解它們的歷史。
基於月球上保存的撞擊坑的軌域影像和模型一直是行星科學家用來推斷撞擊率的主要工具。月球的數據被用來推斷火星的撞擊率。但這種方法存在問題。火星的重力更強大，而且更接近大多數流星體的來源，即小行星帶。
這意味著更多的流星體撞擊火星而不是月球，這必須以某種方式計算出來。相反，火星上有廣泛的沙塵暴，可以遮蔽軌域影像中的坑，而月球表面基本上是靜態的。火星還有不同型別的地表區域。在某些地區，坑很顯眼；在其他地區則不然。試圖在從月球到火星推斷撞擊率時準確考慮這麽多差異是具有挑戰性的。
這項工作表明，地震儀可以是了解撞擊率的更可靠方式。
「我們根據所有VF火星地震的震級和距離估計了坑的直徑，然後用來計算一年內在洞察號著陸器周圍形成了多少坑。然後我們將這些數據外推，以估計每年在火星整個表面上發生的撞擊數量。」 Wójcicka解釋。
這項研究的圖表顯示了洞察號著陸器附近六次確認撞擊的坑大小和地震矩。圓圈顯示單個坑，三角形顯示坑群的有效直徑。垂直誤差條反映了使用標準誤差傳播技術得到的地震矩大小的不確定性。水平誤差條由用於確定坑大小的HiRISE影像的分辨率給出。
「雖然新坑在平坦多塵的地形上最容易被看到，因為它們真的很顯眼，但這種型別的地形覆蓋了火星表面的不到一半。然而，敏感的洞察號地震儀可以聽到著陸器範圍內的每一次撞擊。」 Zenhäusern說。
這些結果超出了火星的範圍。了解火星也有助於我們了解更廣泛的太陽系。「當前火星上的流星體撞擊率對於確定太陽系中各種表面的年齡至關重要。」 作者在他們的論文中寫道。沒有準確的表面年齡，我們就沒有對太陽系歷史的準確了解。
現在我們知道，火星表面幾乎每天都會挖掘出一個8公尺（26英尺）的坑，而30公尺（98英尺）的坑是每月都會發生的事情。但這不僅僅是關於坑的大小。這些超高速撞擊會創造出比坑本身大得多的爆炸區。爆炸區可以輕易地是坑的100倍大。因此，更好地了解撞擊率可以使機器人任務和未來的載人任務更安全。
「我們研究中發現的撞擊數量總體上較多，以及小坑的相對數量較多，表明流星體撞擊可能是未來火星和其他沒有厚大氣層的行星探索的相當大的隱患。」 作者在他們的結論中寫道。
這項研究是洞察號和SEIS以及將這些拼湊在一起的研究人員的勝利。
「這是第一篇透過地震學數據確定火星表面隕石撞擊頻率的論文——這是火星洞察任務的一級任務目標。」 ETH蘇黎世的地震學和地球動力學教授、美國國家航空暨太空總署火星洞察任務的聯合首席研究員Domenico Giardini說。「這樣的數據有助於為未來的火星任務做計劃。」
