美国宇航局的洞察号火星探测器在火星表面执行任务时遇到了一些挑战。它的「鼹鼠」工具在尝试钻入坚硬的火星土壤时遇到了困难，最终因为太阳能板被灰尘覆盖而结束了任务。不过，它的一些仪器表现不错，尤其是用于探测火星内部结构的地震实验仪器SEIS。
SEIS在四年多的时间里收集了大量火星地震数据，研究人员通过分析这些数据，计算出了火星新的陨石撞击率。SEIS的设计目的是通过测量火星地震和撞击产生的地震波来探测火星的内部结构。它记录了超过1300次地震事件，虽然无法确切知道其中有多少是由撞击造成的，但科学家们已经能够大致估计出来。
2018年12月19日，洞察号探测器将地震仪放置在火星上。后来，SEIS被一个保护壳覆盖，以防止风的干扰。这项新研究的成果发表在【自然天文学】杂志上，题为「利用高频火星地震统计数据估计火星的撞击率」。研究的主要作者是苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的Géraldine Zenhäusern和伦敦帝国理工学院地球科学与工程系的Natalia Wójcicka。
「这是第一篇利用地震学数据确定火星表面陨石撞击频率的论文。」 ETH苏黎世的地震学和地球动力学教授、美国宇航局火星洞察任务的联合首席研究员Domenico Giardini说。
尽管SEIS是一个高效的仪器，但它并不总能明确每一次地震事件的来源。它检测到的事件中，只有少数几次足够强烈，能够确定它们的具体位置。然而，有六次靠近洞察号探测器的事件被确认为陨石撞击，因为它们与流星体进入火星大气层时产生的声学信号相关联。这六次事件属于一个更大的称为非常高频率（VF）事件组。
与通常测量的3级火星地震源过程需要几秒钟不同，由于撞击的超高速，撞击产生的地震所需的时间要少得多。这些就是VF事件。在大约三年的记录时间里，洞察号和SEIS探测到了70次VF事件。其中59次有很好的距离估计，并且根据研究人员的说法，其中一些是「高质量B VF事件」，意味着它们的信噪比很强。「虽然不能为每个VF事件排除非撞击起源，但我们表明，作为一个整体，VF类别很可能是由陨石撞击引起的。」作者在他们的论文中解释。
这项研究的图表显示了按距离排序的记录的VF质量B事件的信封，从事件发生前120秒到1100秒后绘制。它们按照第一个信号（Pg）到达对齐。蓝线是第二个信号到达（Sg）。红色事件是确认的撞击事件，对于那些事件，黑线显示了「啁啾」信号到达的位置。啁啾信号是撞击事件的标志。
这些发现导致了对火星撞击频率的新估计。研究人员表示，每年有280到360个篮球大小的流星体撞击火星，挖掘出直径超过8米（26英尺）的坑。那是在上限情况下几乎每天一次。「这个比率比仅从轨道图像估计的数字高出大约五倍。与轨道图像相结合，我们的发现表明地震学是测量撞击率的极好工具。」 Zenhäusern在新闻发布会上说。
不同天体在太阳系中的撞击率是了解它们表面年龄的一种方式。地球的表面相对年轻，因为地球地质活动非常活跃。地球也更容易详细研究，原因显而易见。但对于像月球和火星这样的天体，撞击率可以告诉我们各种表面的年龄，从而更深入地了解它们的历史。
基于月球上保存的撞击坑的轨道图像和模型一直是行星科学家用来推断撞击率的主要工具。月球的数据被用来推断火星的撞击率。但这种方法存在问题。火星的引力更强大，而且更接近大多数流星体的来源，即小行星带。
这意味着更多的流星体撞击火星而不是月球，这必须以某种方式计算出来。相反，火星上有广泛的沙尘暴，可以遮蔽轨道图像中的坑，而月球表面基本上是静态的。火星还有不同类型的地表区域。在某些地区，坑很显眼；在其他地区则不然。试图在从月球到火星推断撞击率时准确考虑这么多差异是具有挑战性的。
这项工作表明，地震仪可以是了解撞击率的更可靠方式。
「我们根据所有VF火星地震的震级和距离估计了坑的直径，然后用来计算一年内在洞察号着陆器周围形成了多少坑。然后我们将这些数据外推，以估计每年在火星整个表面上发生的撞击数量。」 Wójcicka解释。
这项研究的图表显示了洞察号着陆器附近六次确认撞击的坑大小和地震矩。圆圈显示单个坑，三角形显示坑群的有效直径。垂直误差条反映了使用标准误差传播技术得到的地震矩大小的不确定性。水平误差条由用于确定坑大小的HiRISE图像的分辨率给出。
「虽然新坑在平坦多尘的地形上最容易被看到，因为它们真的很显眼，但这种类型的地形覆盖了火星表面的不到一半。然而，敏感的洞察号地震仪可以听到着陆器范围内的每一次撞击。」 Zenhäusern说。
这些结果超出了火星的范围。了解火星也有助于我们了解更广泛的太阳系。「当前火星上的流星体撞击率对于确定太阳系中各种表面的年龄至关重要。」 作者在他们的论文中写道。没有准确的表面年龄，我们就没有对太阳系历史的准确了解。
现在我们知道，火星表面几乎每天都会挖掘出一个8米（26英尺）的坑，而30米（98英尺）的坑是每月都会发生的事情。但这不仅仅是关于坑的大小。这些超高速撞击会创造出比坑本身大得多的爆炸区。爆炸区可以轻易地是坑的100倍大。因此，更好地了解撞击率可以使机器人任务和未来的载人任务更安全。
「我们研究中发现的撞击数量总体上较多，以及小坑的相对数量较多，表明流星体撞击可能是未来火星和其他没有厚大气层的行星探索的相当大的隐患。」 作者在他们的结论中写道。
这项研究是洞察号和SEIS以及将这些拼凑在一起的研究人员的胜利。
「这是第一篇通过地震学数据确定火星表面陨石撞击频率的论文——这是火星洞察任务的一级任务目标。」 ETH苏黎世的地震学和地球动力学教授、美国宇航局火星洞察任务的联合首席研究员Domenico Giardini说。「这样的数据有助于为未来的火星任务做计划。」
