人造双星揭示地球深处神秘变化

2002年至2017年，GRACE卫星一直在探测地球上的引力变化。图片来源：NASA

20年前，在我们脚下数千公里深的地方，曾发生了一次神秘的引力变化。在《地球物理研究快报》近日发表的一项研究中，科学家通过分析测量地球引力变化的卫星数据得出了这一结论。

这一现象可能源于地质变化导致的地球引力场改变，并充分证明了地球轨道卫星的价值。“这确实是一项全新的观测结果。”论文通讯作者、法国古斯塔夫·埃菲尔大学的Isabelle Panet指出，这项研究将帮助科学家更好理解从地壳到地幔再到地核的地球各层间的关系。这种关系影响着大地震起源，以及地球如何维持磁场以抵御太阳风暴等。

研究团队利用了重力恢复与气候实验（GRACE）卫星的数据。这是一对双星系统，以设定的间距绕地球飞行。当卫星遇到来自巨大山脉的引力牵引时，前导卫星会暂时加速远离后方卫星，这种距离变化可以测量并与引力变化相关联。研究人员通常利用GRACE双星的间距变化监测地球大量水体的位移，例如农田地下水流失或冰川融化等。

但事实证明，GRACE还能探测到地球更深处的质量变化。Panet曾用它研究大地震前地表下数百公里的质量变化。随后她意识到，GRACE还可以探测到更深的地方——约2900公里的深度，那里是地核-地幔的复杂边界。

在这项研究中，科学家在GRACE数据中发现一个奇怪的信号，后者在2007年左右达到峰值，且集中出现在非洲大西洋沿岸。然而，该信号无法归因于地表水体迁移。“因此，至少部分原因是在地球内部。”Panet解释说，“它必定来自极深的地方。”

科学家此前通过测量地球磁场变化的卫星，探测到同一地区在2007年前后发生了一些地磁扰动。Panet认为，最新引力观测或许能与前者相互印证，形成一个完整的解释。在这种情况下，地幔底部岩石中的钙钛矿因地球内部的巨大压力发生重构，这种矿物变化反过来又导致该地区岩石密度增大、质量增加。邻近岩石随之发生轻微位移，且向外扩散，最终可能抵达地核-地幔边界并引发约10厘米的变形。而边界的微小变化可能影响地核中流动的液体，最终表现为异常的地磁波动。

Panet谨慎地说，这个复杂推论能否经得起后续检验尚未可知，“仍需进一步研究验证”。

不过，美国加州大学伯克利分校的Barbara Romanowicz称该发现“非常有趣”。她表示，“这是我们第一次获得地幔底部动态过程的确凿证据”，这些过程非常快，但给人们研究其发生过程提供了充分的条件。

除2007年的信号外，Panet团队没有在卫星数据中发现其他重大的引力信号。她计划监测GRACE后继卫星的数据，以探究地球深处是否发生其他神秘变化。（王体瑶）

相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2025GL116408