火星旋转得越来越快，白天越来越短

送烟激钟

火星内部的剖面图，显示了地壳、地幔和熔化的铁核。(图片来源:美国宇航局/JPL加州理工学院)

据美国太空网（基思·库珀）：根据美国宇航局InSight着陆器的新结果，随着火星自转的加快，火星一天的长度每年缩短0.75毫秒。

火星上标准的一天，或称之为“sol ”,是24小时37分钟长，但是测量一天的长度，精确到几分之一毫秒，揭示了行星的自转速率正在微小地加速。行星科学家并不完全确定为什么会发生这种情况，但这很可能与火星质量的重新分配有关，这可能会对地球的旋转产生影响，就像滑冰运动员拉起手臂以加快旋转速度一样。专家认为，这种重新分布可能是由火星极地冰冠上的冰堆积引起的，或者是由表面本身在巨大冰川的重量下缓慢反弹引起的，这些冰川在大约40万年前结束的世界最近的冰河时期存在于赤道纬度。

为了获得这些令人难以置信的火星自转速率的精确测量值，科学家们利用了无线电波。

“这是一个历史性的实验，”比利时皇家天文台的行星科学家、该发现的一篇新论文的主要作者塞巴斯蒂安·勒·迈斯特尔在一份声明中说。“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。”

美国宇航局的深空网络向火星发射了一个强大的无线电信号，该网络由世界各地的三个无线电天线组成，用于与星际任务进行通信。该无线电信号随后被InSight的RISE(旋转和内部结构实验)仪器接收并反射回地球。火星的自转给这些反射的无线电波增加了多普勒频移。

多普勒频移与紧急车辆的警报器在接近听者时音调升高，在离开时又降低的效应相同。同样，当InSight位于旋转进入视野的火星半球上时，它发出的无线电信号会多普勒频移到更高的频率，而当InSight位于旋转出视野的半球上时，信号会多普勒频移到更低的频率。这种多普勒频移完全取决于自转速率，利用它来测量地球一天的长度——精确度达到毫秒的几分之一——并不是一项简单的任务。

“我们正在寻找的是在一个火星年[687个地球日]中仅仅几十厘米的变化，”Le Maistre说，他也是RISE的首席研究员。“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。”

该实验使用了InSight在火星上的第一个900天的数据，并得出结论，火星的自转速度每年加快0.76毫秒——这是有史以来对火星自转周期最精确的测量。

火星的核心

RISE还在这颗红色星球的内部开展工作，测量火星熔化核心的大小。

虽然无法直接观察到火星的核心，但科学家可以通过跟踪来自RISE的无线电数据随着火星在其轴上摆动而发生的变化，来测量火星地幔和核心的大小和可能状态。这种摆动是地核中熔融铁晃动的结果。此前，InSight已经利用波及整个星球的地震产生的地震波，确定了火星的核心位于较大的一侧。现在，RISE已经能够改进这种测量方法。



美国宇航局在火星表面的InSight着陆器。(图片来源:美国宇航局/JPL)

火星的内部和地球一样，分为不同的层次。

这是地壳，表面位于其上。在那之下是地幔，在地球上它包含熔融的岩浆，但是在火星上它被认为是完全固态的。这是因为，由于热量散失的速度比体积更大的地球快，预计它会冷却。地幔之下是液态铁的金属熔核——Le mais tre的团队用RISE测量了这个熔核的大小。

RISE数据暗示火星的熔融核心直径为2280英里(3670公里)。这可以与整个火星相比，火星的直径为4212英里(6779公里)。然而，有一个警告。如果地幔不是完全固态的，实际上底部是熔化的，熔化的部分将独立于固态部分旋转。这意味着地核可能比上升数据显示的要小400公里。

RISE的数据还发现，地核不是完美的球形，而是块状的，Le Maistre的团队将其描述为“内部质量异常”。

比利时皇家天文台的Attilo Rivoldini在声明中说:“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."

InSight(它的名字是使用地震调查、大地测量和热传输的内部勘探的缩写)耗尽了电力，并于2022年12月结束了任务，但仍然有大量来自该任务的数据，特别是来自RISE的数据需要分析。

这些结果发表在六月份的《自然》杂志上。