InSight виявив, що Марс обертається швидше

Вчені виконали найточніші вимірювання обертання Марса, вперше виявивши, як планета коливається через «хлюпотіння» її розплавленого металевого ядра. Висновки спираються на дані марсіанського апарату NASA InSight, який працював протягом чотирьох років, перш ніж розрядитися під час розширеної місії в грудні 2022 року.

Щоб відстежити швидкість обертання планети, автори дослідження покладалися на один із інструментів InSight: радіотранспондер і антени, які спільно називаються Rotation and Interior Structure Experiment або RISE . Вони виявили, що обертання планети прискорюється приблизно на 4 мілісекунди кута на рік, що відповідає скороченню тривалості марсіанського дня на частку мілісекунди на рік.

Це незначне прискорення, і вчені не зовсім впевнені в причині. Але у них є кілька ідей, включаючи накопичення льоду на полярних шапках або післяльодовиковий відскок, коли суша піднімається після того, як була похована під льодом. Зміщення маси планети може призвести до того, що вона трохи прискориться, як ковзаняр, який обертається з витягнутими руками, а потім втягує їх.

«Дійсно здорово мати можливість отримати останні вимірювання – і так точно», – сказав головний дослідник InSight Брюс Банердт з Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії. «Я тривалий час брав участь у спробах поставити геофізичну станцію на зразок InSight на Марс, і такі результати роблять ці десятиліття роботи варті того».

Як працює RISE

RISE є частиною давньої традиції марсіанських посадкових апаратів, які використовують радіохвилі для науки, включно з двома посадковими апаратами Viking у 1970-х роках і Pathfinder у кінці 90-х років. Але жодна з цих місій не мала переваг передової радіотехнології InSight та модернізації антен у мережі NASA Deep Space Network на Землі. Разом ці вдосконалення надали дані приблизно в п’ять разів точніші, ніж ті, які були доступні для посадкових апаратів Viking.

У випадку з InSight вчені передають радіосигнал на посадковий модуль за допомогою Deep Space Network. Тоді RISE відобразить сигнал назад. Коли вчені отримували відбитий сигнал, вони шукали крихітні зміни частоти, викликані допплерівським зсувом. Вимірювання зсуву дозволило дослідникам визначити швидкість обертання планети.

«Те, що ми шукаємо, — це зміни, які становлять лише кілька десятків сантиметрів протягом марсіанського року, — сказав провідний автор статті та головний дослідник RISE Себастьєн Ле Местр з Королівської обсерваторії Бельгії. – Потрібно дуже багато часу і багато даних, щоб накопичити, перш ніж ми навіть зможемо побачити ці варіації».

Стаття досліджувала дані за перші 900 марсіанських днів InSight – достатньо часу, щоб шукати такі варіації. Вченим довелося працювати над усуненням джерел шуму: вода сповільнює радіосигнали, тому волога в земній атмосфері може спотворювати сигнал, що надходить із Марса. Так само можуть діяти сонячний вітер, електрони та протони, що вилітають у глибокий космос від Сонця.

«Це історичний експеримент, — зазначив Ле Местр. – Ми витратили багато часу та енергії, щоб підготуватися до експерименту та передбачити ці відкриття. Але незважаючи на це, ми все ще були здивовані на цьому шляху – і це ще не закінчилося, оскільки RISE ще багато чого розповість про Марс».

Вимірювання ядра Марса

Дані RISE також використовувалися авторами дослідження для вимірювання коливань Марса, які називаються його нутацією, через розплескування в його рідкому ядрі. Вимірювання дозволяє вченим визначити розмір ядра: на основі даних RISE ядро ​​має радіус приблизно 1835 кілометрів.

Потім автори порівняли цю цифру з двома попередніми вимірюваннями ядра, отриманими сейсмометром космічного корабля. Зокрема, вони досліджували, як сейсмічні хвилі поширюються всередині планети – відбиваються вони від ядра чи безперешкодно проходять через нього.

Беручи до уваги всі три вимірювання, вони оцінюють радіус ядра між 1790 і 1850 кілометрів. Радіус Марса в цілому становить 3390 кілометрів – приблизно вдвічі менше, ніж у Землі.

Вимірювання коливання Марса також дало подробиці про форму ядра.

«Дані RISE показують, що форму ядра не можна пояснити лише його обертанням, — сказав другий автор статті Аттіліо Ріволдіні з Королівської обсерваторії Бельгії. – Ця форма вимагає областей трохи більшої або меншої щільності, похованих глибоко в мантії».