美国宇航局洞察号研究发现火星旋转速度加快

虾仔123

美国宇航局的InSight着陆器在2022年4月24日拍摄了这张自拍，这是该任务的第1211个火星日，或sol。那年12月，太阳能电池板上的灰尘导致着陆器断电，但InSight仪器记录的数据仍在引领新的科学。鸣谢:美国宇航局/JPL加州理工学院

据美国宇航局：航天器在去年12月退役前发送的数据提供了关于行星旋转速度和摆动程度的新细节。

科学家们对火星的自转进行了有史以来最精确的测量，首次探测到火星是如何由于其熔化的金属核心的“晃动”而摇晃的。这些发现在最近的一篇自然论文中详细介绍了，它们依赖于美国宇航局的InSight火星着陆器的数据，该着陆器在2022年12月的延长任务中耗尽电力之前运行了四年。

为了跟踪行星的自转速率，该研究的作者依赖于InSight的一种仪器:一个无线电转发器和天线，统称为旋转和内部结构实验，或上升。他们发现该行星的自转速度正以每年约4毫角秒的速度加快——相当于火星一天的长度每年缩短几分之一毫秒。

这是一种微妙的加速，科学家还不能完全确定原因。但是他们有一些想法，包括在极地冰盖上积累的冰或者冰川后的反弹，大陆块在被冰掩埋后上升。行星质量的变化会导致它加速，有点像溜冰者伸出手臂旋转，然后收回手臂。



这位艺术家对NASA火星探测器InSight的概念进行了注释，指出了飞船甲板上的天线。连同着陆器中的无线电应答器，这些天线组成了一个名为旋转和内部结构实验(RISE)的仪器。鸣谢:美国宇航局/JPL加州理工学院

“能够获得这一最新测量结果真的很酷——而且如此精确，”InSight的首席研究员、美国宇航局南加州喷气推进实验室的Bruce Banerdt说。“长期以来，我一直致力于在火星上建立像InSight这样的地球物理站，这样的结果使所有几十年的工作都值得。”

RISE如何工作

RISE是火星着陆器使用无线电波进行科学研究的悠久传统的一部分，包括20世纪70年代的双海盗着陆器和90年代末的探路者着陆器。但这些任务都没有InSight的先进无线电技术和美国宇航局地球深空网络天线升级的优势。总的来说，这些改进提供的数据比海盗号着陆器提供的数据精确五倍。

在InSight的情况下，科学家将使用深空网络向着陆器发送无线电信号。RISE会将信号反射回来。当科学家接收到反射信号时，他们将寻找由多普勒频移引起的微小频率变化(这种效应导致救护车警报器随着距离的远近而改变音调)。测量这种移动使研究人员能够确定行星旋转的速度。

“我们正在寻找的是在一个火星年中仅仅几十厘米的变化，”论文的主要作者和RISE的首席研究员，比利时皇家天文台的Sebastien Le Maistre说。“在我们看到这些变化之前，需要很长时间和大量数据的积累。”

该论文研究了InSight在火星上的第一个900天的数据，这足够用来寻找这种变化。科学家们不得不努力消除噪音源:水降低了无线电信号的速度，因此地球大气中的水分会扭曲从火星返回的信号。太阳风也是如此，电子和质子从太阳被抛入太空深处。

“这是一个历史性的实验，”Le Maistre说。“我们已经花费了大量的时间和精力为实验做准备，并期待这些发现。但尽管如此，我们在前进的道路上仍然感到惊讶——而且这还没有结束，因为RISE仍然有很多关于火星的东西要揭示。”

火星核心测量

研究作者还使用RISE数据来测量火星的摆动——称为章动——这是由于其液体核心的晃动。该测量允许科学家确定核心的大小:基于上升数据，核心的半径大约为1140英里(1835公里)。

然后，作者将这一数据与之前两次从宇宙飞船地震仪上获得的地核测量数据进行了比较。具体来说，他们研究了地震波如何穿过行星内部——它们是从地核反射回来，还是畅通无阻地穿过地核。

考虑到所有三个测量值，他们估计核心的半径在1112到1150英里(1790到1850公里)之间。火星整体半径为2106英里(3390公里)——大约是地球半径的一半。

测量火星摆动也提供了地核形状的细节。

论文的第二作者，比利时皇家天文台的Attilio Rivoldini说:“RISE的数据表明，地核的形状不能仅仅用它的旋转来解释。”"这种形状要求地幔深处有密度稍高或稍低的区域."

虽然科学家们将在未来几年内挖掘InSight数据，但这项研究标志着Banerdt作为该任务首席研究员的角色进入了最后一章。在与JPL共事46年后，他于8月1日退休。

关于任务的更多信息

JPL为美国宇航局科学任务理事会管理洞察号。洞察号是美国宇航局发现计划的一部分，由该机构在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔航天飞行中心管理。丹佛的洛克希德·马丁航天公司建造了InSight航天器，包括其巡航阶段和着陆器，并为该任务提供航天器操作支持。

包括法国国家空间研究中心(CNES)和德国航空航天中心(德国航天中心)在内的一些欧洲合作伙伴正在支持InSight任务。CNES向美国航天局提供了内部结构地震实验仪器，主要研究人员在IPGP。对SEIS的重要贡献来自IPGP；德国的马克斯·普朗克太阳系研究所；瑞士的瑞士联邦理工学院(ETH Zurich)；英国的伦敦帝国理工学院和牛津大学；还有JPL。德国航天中心提供了热流和物理特性包(HP3)仪器，波兰科学院空间研究中心(CBK)和波兰的Astronika为此做出了重大贡献。西班牙的太空生物中心(CAB)提供了温度和风传感器。

安德鲁·古德
加州帕萨迪纳喷气推进实验室。


凯伦·福克斯/阿拉娜·约翰逊
华盛顿美国宇航局总部