Solformørkelse målt på Mars, påvirker interiøret

NASAs InSight-mission leverer data fra Mars' overflade. Dens seismometer, udstyret med elektronik bygget på ETH Zürich, registrerer ikke kun marskælv, men reagerer uventet også på solformørkelser. Når marsmånen, Phobos bevæger sig direkte foran solen, instrumentet tipper lidt til den ene side. Denne minimale effekt kunne hjælpe forskere med at bestemme planetens indre.

En observatør, der stod på Mars, ville se planetens måne Phobos krydse himlen fra vest til øst hver femte time. Dens kredsløb passerer mellem solen og ethvert givet punkt på Mars cirka én gang hvert jordår. Hver gang det gør det, det forårsager fra én til syv solformørkelser i løbet af tre dage. Et sted, hvor dette sker, er stedet for NASAs InSight-lander, stationeret i Elysium Planitia-regionen siden november 2018. Med andre ord, fænomenet forekommer meget hyppigere end på Jorden, når vores måne krydser foran solen. "Imidlertid, formørkelserne på Mars er kortere - de varer kun 30 sekunder og er aldrig totale formørkelser, " forklarer Simon Stähler, en seismolog ved ETH Zürichs Institut for Geofysik. Billeder taget af NASAs to Mars-rovere, Mulighed og nysgerrighed, også vise en skarpkantet klump mod solens baggrund.

Fotografier er ikke den eneste måde at observere disse transitter på. "Når Jorden oplever en solformørkelse, instrumenter kan registrere et fald i temperatur og hurtige vindstød, når atmosfæren afkøles et bestemt sted, og luften strømmer væk fra det sted, " forklarer Stähler. En analyse af dataene fra InSight skulle vise, om lignende effekter også kan spores på Mars.

Venter til 24. april 2020

I april 2019, den første serie af solformørkelser var synlige fra InSights landingssted, men kun nogle af de data, den registrerede, blev gemt. De første indikationer fra disse data fik Stähler og et internationalt forskerhold til at forberede sig spændt på den næste serie af formørkelser, forfalder den 24. april 2020. De offentliggjorde resultaterne fra deres observationer i august i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve .

Som forventet, InSights solceller registrerede transitterne. "Når Phobos er foran solen, mindre sollys når solcellerne, og disse producerer igen mindre elektricitet, " Stähler forklarer. "Nedgangen i lyseksponering forårsaget af Phobos' skygge kan måles." mængden af ​​sollys dyppede under en formørkelse med 30 procent. Imidlertid, InSights vejrinstrumenter viste ingen atmosfæriske ændringer, og vinden ændrede sig ikke som forventet. Andre instrumenter; imidlertid, leverede en overraskelse:både seismometeret og magnetometeret registrerede en effekt.

Usædvanligt signal fra seismometeret

Signalet fra magnetometeret skyldes højst sandsynligt faldet i solcellernes elektricitet, som Anna Mittelholz, en nylig tilføjelse til ETH Zürichs Mars-team, kunne vise. "Men vi forventede ikke denne seismometeraflæsning; det er et usædvanligt signal, " siger Stähler. Normalt, instrumentet - udstyret med elektronik bygget på ETH - ville indikere jordskælv på planeten. Indtil videre Marsquake Service, ledet af John Clinton og Domenico Giardini ved ETH, har registreret omkring 40 konventionelle jordskælv, hvoraf den stærkeste havde en størrelsesorden på 3,8, samt flere hundrede regionale, lavvandede jordskælv.

Det, der var overraskende under solformørkelsen, var, at seismometeret vippede lidt i en bestemt retning. "Denne hældning er utrolig lille, " Stähler bemærker. "Forestil dig en 5-franc mønt; nu, skub to sølvatomer under den ene kant. Det er den hældning, vi taler om:10 ^-8 ." Så lille som denne effekt var, det var stadig umiskendeligt. "Den mest åbenlyse forklaring ville være Phobos' tyngdekraft, ligner hvordan Jordens måne forårsager tidevandet, " Stähler siger, "men vi udelukkede hurtigt dette." Hvis det var forklaringen, så ville seismometersignalet være til stede i længere tid og hver femte time, når Phobos passerer, ikke kun under formørkelser. Forskere fastslog den mest sandsynlige årsag til hældningen:"Under en formørkelse, jorden afkøles. Den deformeres ujævnt, som vipper instrumentet, " siger Martin van Driel fra forskningsgruppen Seismology and Wave Physics.

Som det sker, en infrarød sensor målte nemlig en afkøling af jorden på Mars på to grader. Beregninger viste, at i de 30 sekunder af formørkelsen, "koldfronten" kunne kun trænge ned i jorden til en dybde på mikro- eller millimeter, men effekten var nok til at rykke i seismometeret.

Eksperimenter i en gammel sølvmine

En observation tilbage på Jorden understøtter Stählers teori. Ved Schwarzwald-observatoriet, beliggende i en forladt sølvmine i Tyskland, Rudolf Widmer-Schnidrig opdagede et lignende fænomen:under en seismometertest, nogen forsømte at slukke lyset. Varmen afgivet af en 60-watt pære var tilsyneladende nok til at opvarme det øverste lag granit dybt under jorden, så det udvidede sig lidt og fik seismometeret til at vippe lidt til den ene side.

Forskere burde være i stand til at bruge det lille vippesignal fra Mars til at kortlægge Phobos' kredsløb med mere præcision, end det tidligere var muligt. InSights position er det mest nøjagtigt målte sted på Mars; hvis forskerne ved præcis, hvornår en transit med Phobos her begynder og slutter, de kan beregne dens kredsløb præcist. Dette er vigtigt for fremtidige rummissioner. For eksempel, Japans rumagentur JAXA planlægger at sende en sonde til månerne på Mars i 2024 og bringe prøver fra Phobos tilbage til Jorden. "At gøre det, de skal vide præcis, hvor de flyver hen, siger Stähler.

Hvilke præcise kredsløbsdata afslører

Præcise data om Phobos' kredsløb kan også kaste mere lys over Mars' indre funktion. Mens vores måne fortsætter med at få vinkelmomentum og støt bevæger sig væk fra Jorden, Phobos sænker farten og falder gradvist tilbage til Mars. Om 30 til 50 millioner år, det vil styrte ned på planetens overflade. "Vi kan bruge denne lille opbremsning til at vurdere, hvor elastisk og dermed hvor varmt Mars-interiøret er; koldt materiale er altid mere elastisk end varmt, " forklarer Amir Khan, også ved ETH Zürichs Institut for Geofysik. Ultimativt, forskerne vil vide, om Mars blev dannet af det samme materiale som Jorden, eller hvis forskellige komponenter kunne forklare, hvorfor Jorden har pladetektonik, en tæt atmosfære og forhold, der understøtter liv - egenskaber, som Mars mangler.