研究团队利用了来自三次长期火星探测任务的大量观测数据：火星全球勘测者（Mars Global Surveyor）、火星奥德赛号（Mars Odyssey）和火星勘测轨道器（Mars Reconnaissance Orbiter）。通过追踪航天器速度的极微小变化，研究组重建了环绕火星的重力场。 研究采用一种称为潮汐层析（tidal tomography）的方法：利用太阳对火星的引力随季节变化产生的不同重力响应，观察这些重力特征随时间的变化，从而反演行星内部的三维结构。 研究发现与地表对比： 火星长期已知存在明显的南北地表二分格局：南半球以高地和密集陨坑为主，北半球以广阔低平原为主。此次结果表明，这种差异可能延伸到地表之下——内部热量在南北两侧也不均匀分布。 与已有观测的关联： 研究者指出，这一深部热异常可以帮助解释此前的一些疑问性观测。科学家在南半球发现了铁矿物的异常磁性特征，南部更高的地幔温度可能意味着火星早期曾有足够强的磁场来造成南北磁性的差异。此前NASA的InSight着陆器也观测到南部的地震波衰减更快，较高的温度可部分解释该现象。 对火星古环境的意义： Caltech博士后学者、论文合著者Amirhossein Bagheri（前InSight团队成员）指出，北南二分不仅是地形差异，也关系到可能影响火星水文史的过程，包括那些可能盛水的盆地的形成。因此，内部温度差异为理解火星在曾有液态水时期的演化提供了新线索。 可能成因（仍待验证）： 作者列举了若干可解释该热异常的假说，但尚无定论： 1. 一次巨型撞击释放了北半球的热量，从而造成相对冷却； 2. 南部地幔曾发生过自发对流（spontaneous convection），带来更高温度和潜在熔融区域； 3. 南半球存在较厚的地质构造，阻碍热量向外释放，导致热量滞留。 论文与作者信息： 论文题目为“Tidal Tomography Reveals a Thermal Anomaly Beneath Mars's Crustal Dichotomy”。除Alexander Berne与Amirhossein Bagheri外，合著者包括Brown University的Nicholas Wagner和Harriet Lau、亚利桑那大学的Isamu Matsuyama和Angela Marusiak、NASA戈达德太空飞行中心的Sander Goossens、台湾中央研究院天文及天文物理研究所的程家伟（Karwai Cheng）、意大利罗马大学的Antonio Genova、荷兰代尔夫特理工大学的Marc Rovira-Navarro、UCLA的Chuan Qin、德州大学奥斯汀分校的Douglas Hemingway、科罗拉多大学博尔德分校的Shijie Zhong以及UC Santa Cruz的Francis Nimmo。该研究由NASA资助。 限制与后续方向： 研究团队强调，目前证据来自重力场反演与潮汐层析模型，热异常的存在和数值范围为该研究的主要结论，但热源与成因仍需更多证据检验。未来更多的重力、地震和磁学观测，以及可能的探测任务有助于检验上述假说并进一步约束火星内部结构。 背景补充：潮汐层析是一种利用天体在不同位置受引力影响产生的微小重力变化来反演内部结构的方法。火星围绕太阳的轨道略呈椭圆且自转轴有倾角，使得太阳引力对火星的作用随季节变化，这为观测和建模提供了时变信号。火星南北地表的“二分”格局长期为人所知——南高北低的地形差异可能与早期的碰撞史、地壳形成与地幔过程相关。 结语： 这项基于潮汐层析和长期重力观测的研究为火星内部提供了新的三维视角，显示出南北在热学上存在显著不对称。尽管成因尚不明确，该结果为解释火星的磁性、地震学和古环境等问题提供了新的线索，并将影响未来探测任务的设计与科学目标设定。
