作为地球的“近邻”，火星一直备受人类的关注，早在上世纪70年代，人类的探测器就已经在对火星进行近距离探测了，而根据探测器发回的数据，科学家发现了火星有一个非常怪异的特征，那就是火星的南北半球存在着明显的自然分界。
探测数据表明，火星南半球主要是崎岖不平的高原地形，而北半球则主要是平缓的低地平原，两者之间的平均高度差异可达3公里，由于这样的地形差异将火星分为两个截然不同的半球，因此科学家将其称为“火星二分”（Martian dichotomy）。
火星南北半球如此巨大的差异，究竟是由什么原因造成的？对此科学家们提出了多种假说，其中认同度相对较高的有两种。
第一种被称为“内因假说”，该理论认为，火星内部的热量传导不均，导致了火星内部物质不均匀的升降运动，最终形成了南北半球的巨大差异。也就是说，火星内部的物质在温度的驱动下会上升并冷却，如果这种物质的运动不均匀，就可能会造成火星南北半球的地形差异。
第二种被称为“外因假说”，该理论认为，火星之所以会出现这样的情况，应该是与小天体的碰撞密切相关，该理论推测，在很久很久之前，一颗巨大的小天体，或者多个相对较小的小天体与早期火星发生了碰撞，剧烈的碰撞可能导致了火星南北半球地壳厚度的不均，最终形成了我们所见的“火星二分”。
尽管这两种假设都有其理论基础，但在过去的日子里，科学家们并未找到有说服力的证据来支持其中的任何一种，就这样，“火星二分”之谜，困扰了科学家50多年。好消息是，根据一项近日发表在《地球物理研究快报》 上的研究，这个谜题现在可能已有了答案。
此次研究来自一个由中国科学院地质与地球物理研究所与澳大利亚国立大学的科学家组成的团队，其主要研究目的就是，利用“洞察号”火星车上传回的火星地震波数据，揭示造成“火星二分”的真正原因。
简单来讲，当地震波在火星内部传播时，其频率、振幅、相位、传播路径等参数会受到其内部物理特性的影响，发生相应的变化，通过对火星上的地震波进行细致的分析，科学家就能够了解到火星内部各层的物理属性（如密度、温度分布和物质状态等），从而推断出其内部的结构和组成。
在此次研究中，科学家开发出了先进的技术，大幅压制了火星地震波数据的噪声干扰，同时优化了相关的定位方法，并以此深入分析火星南北半球的地震波数据。
研究结果表明，火星南半球的地震波传播速度相对较慢，且能量衰减较快，而在北半球，地震波则表现出较为平稳的传播特征，而这就意味着，火星南半球的地壳温度较高，物质密度也因此相对较小，而北半球的地壳相对较冷，物质密度则相对较大。
在此之后，科学家综合该研究结果与已有的动力学数值模拟、火星古磁场发电机、生热元素含量等理论模型，提出一种合理的解释，即：火星南半球的内部温度比北半球更高，而正是这种温差，导致了火星内部的物质流动（即火星地幔的对流过程）在南半球更强。
科学家指出，这样的情况在早期火星上就应该存在，在此情况下，更高的温度就会使得南半球的火星地幔的粘滞度降低，物质更容易流动，从而加剧了热对流。
考虑到火星地幔的物质成分与地球的地幔相比没有本质上的不同，因此可以认为，这种温度差异在早期火星形成南北半球地形差异的过程中起到了主导作用，也就是说，这很可能就是“火星二分”之谜的真正答案。
就目前的情况来看，虽然此项研究为揭示火星南北半球地形差异的形成提供了很有说服力的证据支持，但仍然需要更大范围的火星探测任务来进一步验证，期待在未来的研究中，科学家能有更多的发现。
参考资料：Constraints on the Origin of the Martian Dichotomy From Southern Highlands Marsquakes，Geophysical Research Letters, 2025, 52(1): e2024GL110921. DOI:10.1029/2024GL110921.
