科学家是如何知道地球内部情况的，这比探索太空更加困难

地球内部的极端环境使探索变得不可能。但是地震期间的地震波、火山爆发以及来自太阳的光波都有助于我们揭示地幔、地壳和地核。

最后的前沿并不是太空，而是地球本身。我们已经把人类送上了月球，把机器人送上了火星，还把“新地平线”太空探测器送上了距离地球32.6亿英里的冥王星。然而，就在我们脚下4000英里的地方，深不可测的高温和压力让我们无法触及地球的中心。但是科学家们通过研究陨石、火山爆发和地震引发的地震波，已经能够解开地球内部的谜团。

我们去探索其他行星，但在很多方面，进入地球内部并弄清楚地球内部有什么实际上在技术上比进入太空更难。

地球主要有四层：地壳、地幔、外核和内核，以及这些层之间的过渡带。我们所知道的世界位于构成地壳的构造板块上，地壳的厚度从3英里到40多英里不等。地壳下面是地幔，这一层岩石占地球体积的84%。上地幔中的岩石是白热的，但如果你能把它们冷却到室温，它们会呈现出带有斑点的橄榄绿色，这要归功于矿物橄榄石。斯坦福大学的矿物物理学家温迪毛说：“我认为中上部的地幔会非常漂亮，因为它会是橄榄绿色（大约60%），而且它还会有石榴石（红色矿物）。”

在地幔深处，热量和压力使组成橄榄石的原子重新配置成两种新的矿物，布氏岩和铁方镁石，它们在室温下呈棕黄色和棕黄色。在岩石的地幔下面，有翻滚的液态铁（和少量镍）的外核，其周围是一个由固体铁（也含有一些镍）组成的内核，其大小约为月球的70%。地球中心的温度几乎和太阳表面一样高，大约9800华氏度。

但我们还没有去过地球内部的任何一个地方。我们还没有发送相机或探测器来带回像煤余烬一样发光的铁样本。那么，我们怎么知道有什么呢？

地震揭示结构

当构成地壳的构造板块相互移动时，它们有时会相互抓住并断裂。这种破裂，以及随之而来的能量波被称为地震。释放出来的地震波远离震源传播，可以告诉科学家地震发生的时间和地点。

探测地震波并不是什么新鲜事。中国科学家张衡在近2000年前建造了早期地震检波器。在1889年，科学家在了解地球方面取得了突破。当时一位德国研究人员在柏林附近探测到一场地震，但出现了一个问题，那天附近没有地震。事实证明，确实发生了地震（发生在日本），地震波在一个多小时后到达了德国。它标志着现代地震学的一个关键点。

地质学家把地震学比作我们使用x射线的方式看到人体内部，我们的肌肉、器官和骨骼密度的不同，意味着x射线通过它们的方式不同。地震将地面振动传遍地球，并以不同的方式传播到世界各地。地震仪记录这些振动，告诉我们地球内部的情况。

地震学家解释来自地震的数据，甚至用爆炸模拟地震活动，他们的研究表明，地球内部有不同的层，其中一些层对地震波的传播比其他层更容易。它们甚至可以告诉我们这些层的密度。然后，另一个被称为矿物物理学家的科学家分支从那里着手，确定到底是什么构成了这些岩层。

了解矿物质

芝加哥大学的矿物物理学家安德鲁·坎贝尔说：“在理解地球可能的组成部分方面，存在着天文和宇宙化学方面的限制。”基本上，地球上的元素分布应该与陨石和太阳中的元素大致匹配。

坎贝尔解释说：“太阳系中组成行星的元素应该和太阳中的元素一样。”这是因为恒星内部的化学反应产生了组成像地球这样的行星的元素。通过观察太阳发出的光的波长，并将这些波长与从已知元素反射的光进行比较，科学家们可以收集到太阳的化学组成。

坎贝尔说，光线显示，这里有大量的硅、氧、镁和铁，以及其他元素如钾和钙。他补充说，太阳中元素的相对数量与我们在某些原始陨石中看到的类似，这加强了我们的理解，即这些原始陨石是我们组装类地行星的基石。

这些来自地球之外的线索可以让我们了解这颗行星构成的关键因素，就像含有地幔碎片的火山岩一样。地震学告诉我们，地球有一个坚固致密的内核。由于太阳和陨石比其他重元素如钴、镍或铬含有更多的铁，我们知道铁是构成我们的构成材料的很大一部分。”

矿物物理学家们也找到了一些方法来模拟地球内部的环境，这些环境会影响组成它的物质。例如，温迪毛曾做过研究，研究地球核心的铁在很久以前是如何在岩石地幔中缓慢地沉淀下来的。为了模拟地球内部的巨大压力，她使用了所谓的钻石砧室。她说：“我们取两颗钻石，把顶端切掉，取一小块表面积，在它们之间放一个小样本，然后挤压它们的背部。”由于力集中在很小的表面积上（大约人类头发丝的宽度），它的合成方式可以与地球内部的压力相媲美。

由于科学家们还没有找到到达地球中心的方法，这些不同学科之间的合作对于理解我们脚下的东西至关重要。