Дни на Марсе становятся короче

По неизвестным причинам вращение Марса ускоряется.

Посадочный модуль НАСА InSight замолчал в декабре после скопления пыли на его солнечных панелях. Но ученые продолжают просеивать данные, собранные за четыре года, узнавая больше о том, что находится глубоко внутри красной планеты.

Большая часть того, что они узнали о Марсе, была получена с помощью чувствительного сейсмометра InSight, размещенного на поверхности для измерения незначительные вибрации от небольших марсотрясений и ударов метеоритов, отражающихся вокруг и через планету.

В статье, опубликованной в июне в журнале Природаученые, работающие над миссией, сообщили о дополнительных результатах, полученных в результате крошечных сдвигов в частотах радиопередач между Землей и InSight на Марсе.

Когда местонахождение InSight на Марсе приближалось к Земле, явление, известное как эффект Доплера, слегка сжимало радиоволны, сокращая длину волны и увеличивая частоту. Когда InSight находился в движении от приемной антенны на Земле, длина волны удлинялась, а частота уменьшалась. Это то же самое явление, из-за которого сирена приближающейся машины скорой помощи звучит выше, когда она приближается, и ниже, когда она удаляется.

Большая часть эффекта Доплера возникает из-за относительного движения Марса и Земли, когда они движутся вокруг Солнца. Межпланетные радиопередачи также искажаются влагой в атмосфере Земли и солнечным ветром заряженных частиц, исходящих от Солнца.

Как только ученые учли все это, остались остаточные частотные вариации. Марс, поскольку он не является идеально круглой сферой, качается, как волчок. «Основная цель — измерить вращение», — сказал Себастьен Ле Местр из Королевской обсерватории Бельгии, руководивший радионаучным экспериментом, известным как Эксперимент по вращению и внутренней структуре или RISE.

По словам доктора Ле Местра, измерения вращения со всеми колебаниями накладывают ограничения на структуру и состав очень глубоких частей планеты, если они достаточно точны.

Подобные измерения предпринимались во время миссий НАСА «Викинг» в 1970-х годах, а также во время более поздних миссий, таких как «Патфайндер» в 1997 году, но они не были достаточно точными или недостаточно продолжительными. «Это никогда не делалось ни для какой другой планеты, кроме Земли», — сказал доктор Ле Местр.

По величине колебаний ученые подсчитали, что расплавленное ядро ​​Марса имеет ширину около 2280 миль. (Марс в целом составляет около 4200 миль в диаметре.)

Размер ядра, полученный по радиоколебаниям, примерно соответствовал тому, что наблюдалось по сейсмическим волнам, прошедшим через планету. Ученые также не увидели признаков меньшего твердого тела. внутреннее ядро, подобное тому, что находится внутри Земли. Как и в случае с сейсмическими данными, колебания предполагают, что ядро ​​Марса состоит в основном из расплавленного железа, но также содержит значительное количество более легких элементов, таких как сера, кислород и углерод.

Более высокая концентрация легких элементов в ядре “является очень трудно согласовать с имеющимися у нас космическими химическими моделями формирования Марса», — сказал Брюс Банердт, главный исследователь миссии InSight.

Измерения также показали ожидаемые колебания вращения планеты, самые быстрые зимой и летом и самые медленные весной и осенью, поскольку распределение замороженного углекислого газа в ледяных шапках менялось в зависимости от времени года.

При включении доплеровских измерений миссии «Викинг», сделанных 47 лет назад, ученые обнаружили небольшое ускорение вращения Марса, что привело к сокращению марсианских суток примерно на 1,5 миллионных доли секунды за марсианский год. (Марсианский год почти в два раза длиннее земного.)

«Это было неожиданностью, — сказал доктор Банердт. «Мы совсем не ожидали увидеть такое».

Это противоположно Земле, где Луна медленно удаляется и продолжительность дня становится длиннее, что является основной причиной того, что високосные секунды время от времени добавляются к хронометражу (хотя это изменение в 2035 году). Таяние ледников и изменение атмосферы также могут изменить скорость вращения.

Но на Марсе причина ускорения остается загадкой. Известно, что один из марсианские спутники, Фобоспостепенно падает, и это действительно ускоряет вращение Марса — подобно тому, как фигурист вытягивает руки, чтобы вращаться быстрее, — но этого недостаточно, чтобы объяснить наблюдаемое.

Доктор Банердт сказал, что наиболее вероятной причиной было длительное скопление льда на полюсах. Доктор Ле Местр сказал, что другой возможностью является таяние ледников в полярных регионах. Планетарная кора, больше не придавленная тяжестью ледников, затем медленно отскакивала, и форма Марса вытягивалась вертикально, ускоряя вращение.

Менее вероятно, что удары астероидов отбросят планету в сторону более быстрого вращения.

«Очень сложно придать крутящему моменту планету и разогнать ее с помощью крутящего момента, — сказал доктор Банердт, — но относительно просто изменить момент инерции и заставить ее немного ускориться».