Ученые провели самые точные измерения вращения Марса за всю историю, впервые обнаружив, как планета колеблется из-за “выплескивания” ее ядра из расплавленного металла. Выводы, подробно изложенные в недавней статье Nature, основаны на данных посадочного модуля InSight Mars НАСА, который работал в течение четырех лет, прежде чем разрядился во время своей продолжительной миссии в декабре 2022 года.
Чтобы отследить скорость вращения планеты, авторы исследования полагались на один из инструментов InSight: радиотранслятор и антенны, которые в совокупности называются экспериментом по вращению и внутренней структуре, или RISE. Они обнаружили, что вращение планеты ускоряется примерно на 4 миллисекунды в год, что соответствует сокращению продолжительности марсианских суток на долю миллисекунды в год.
Это незначительное ускорение, и ученые не совсем уверены в причине. Но у них есть несколько идей, в том числе о накоплении льда на полярных шапках или о послеледниковом восстановлении, когда массивы суши поднимаются после того, как были погребены льдом. Изменение массы планеты может привести к тому, что она немного ускорится, подобно тому, как конькобежец вращается с вытянутыми руками, а затем втягивает их внутрь.
“Действительно здорово иметь возможность получить это последнее измерение – и так точно”, - сказал главный исследователь InSight Брюс Банердт из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. “Я долгое время участвовал в попытках направить на Марс геофизическую станцию, подобную InSight, и подобные результаты оправдывают все эти десятилетия работы”.
Как работает RISE
RISE является частью давней традиции спускаемых аппаратов на Марс, использующих радиоволны в научных целях, включая спускаемые аппараты-близнецы Viking в 1970-х годах и спускаемый аппарат Pathfinder в конце 90-х. Но ни в одной из этих миссий не было преимуществ передовой радиотехнологии InSight и модернизации антенн в Сети дальнего космоса НАСА на Земле. В совокупности эти усовершенствования предоставили данные примерно в пять раз более точные, чем те, что были доступны для посадочных аппаратов Viking.
В случае InSight ученые передали бы радиосигнал на посадочный модуль, используя сеть Deep Space Network. Затем RISE отразил бы сигнал обратно. Когда ученые получали отраженный сигнал, они искали крошечные изменения в частоте, вызванные доплеровским сдвигом (тот же эффект, который заставляет сирену скорой помощи менять высоту звука по мере приближения и удаления). Измерение смещения позволило исследователям определить, насколько быстро вращается планета.
“То, что мы ищем, - это изменения, которые составляют всего несколько десятков сантиметров в течение марсианского года”, - сказал ведущий автор статьи и главный исследователь RISE Себастьен Ле Местр из Королевской обсерватории Бельгии. “Требуется очень много времени и данных для накопления, прежде чем мы сможем увидеть эти изменения”.
В статье были изучены данные за первые 900 марсианских дней InSight – достаточно времени, чтобы обнаружить такие изменения. Перед учеными стояла задача устранить источники шума: вода замедляет радиосигналы, поэтому влажность в атмосфере Земли может искажать сигнал, возвращающийся с Марса. То же самое может сделать солнечный ветер, электроны и протоны, выброшенные Солнцем в глубокий космос.
“Это исторический эксперимент”, - сказал Ле Местр. “Мы потратили много времени и энергии на подготовку к эксперименту и ожидание этих открытий. Но, несмотря на это, мы все еще были удивлены на этом пути – и это еще не конец, поскольку RISE еще многое может рассказать о Марсе ”.
Измерения марсианского ядра
Данные RISE также использовались авторами исследования для измерения колебания Марса, называемого его нутацией, из-за выплескивания его жидкого ядра. Измерение позволяет ученым определить размер ядра: основываясь на данных RISE, ядро имеет радиус примерно 1140 миль (1835 километров).
Затем авторы сравнили это значение с двумя предыдущими измерениями ядра, полученными с помощью сейсмометра космического аппарата. В частности, они изучили, как сейсмические волны распространяются внутри планеты – отражаются ли они от ядра или проходят через него беспрепятственно.
Принимая во внимание все три измерения, они оценивают радиус ядра в диапазоне от 1112 до 1150 миль (1790-1850 километров). Радиус Марса в целом составляет 2106 миль (3390 километров) – примерно в два раза меньше земного.
Измерение колебания Марса также дало подробную информацию о форме ядра.
“Данные RISE указывают на то, что форму ядра нельзя объяснить только его вращением”, - сказал второй автор статьи, Аттилио Риволдини из Королевской обсерватории Бельгии. “Для такой формы требуются области с немного большей или меньшей плотностью, скрытые глубоко в мантии”.
В то время как ученые будут собирать данные InSight в течение многих последующих лет, это исследование знаменует собой заключительную главу в роли Банердта в качестве главного исследователя миссии. После 46 лет работы в JPL он ушел в отставку 1 августа.
Источник: NASA
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На изображении ниже: авторская концепция посадочного модуля NASA InSight на Марсе показывает антенны на палубе космического корабля. Вместе с радиотранслятором в посадочном модуле эти антенны составили инструмент, называемый экспериментом по вращению и внутренней структуре, или RISE.
Кредиты: NASA / JPL-Caltech
Дополнительные материалы
