Данные InSight показали, что Марс вращается быстрее
В декабре 2022 года посадочный аппарат NASA InSight официально завершил свою четырехлетнюю миссию на планете Марс. Однако последние данные, переданные аппаратом на Землю, позволяют ученым изучить внутреннее строение Марса в его глубинах и понять его эволюцию.
В конце прошлого года ученым удалось провести самые точные измерения вращения планеты, которое, как оказалось, колеблется, возможно, из-за внутренних движений в ее расплавленном металлическом ядре. Для отслеживания этих колебаний использовался радиоретранслятор RISE (Rotation and Interior Structure Experiment), установленный на InSight.
Недавно пересмотренные результаты RISE показывают, что скорость вращения Марса ускоряется примерно на 4 миллиаркосекунды в год в квадрате, что соответствует сокращению продолжительности марсианских суток на доли миллисекунды в год.
Принцип работы RISE
К Марсу уже неоднократно прилетали посадочные аппараты, такие как Viking в 1970-х годах и NASA Pathfinder в конце 1990-х годов. Однако ни одна из этих миссий не была оснащена передовыми радиотехнологиями, имеющимися на борту InSight, которые постоянно модернизировались в рамках космической сети NASA Deep Space Network на Земле. Все усовершенствования, которым подвергся RISE в течение четырехлетней миссии, позволили получить данные, примерно в пять раз более точные, чем те, которые были получены с помощью посадочного аппарата Viking.
Работа RISE заключалась в следующем. Ученые передавали радиосигнал на InSight с помощью земной сети Deep Space Network. Затем RISE отражал сигнал обратно. Получив отраженный сигнал, ученые искали мельчайшие изменения частоты, вызванные доплеровским сдвигом - тем же эффектом, который заставляет сирену машины скорой помощи менять тон по мере приближения и удаления.
Измерение смещения позволило исследователям определить скорость вращения планеты. Главный исследователь RISE Себастьен Ле Майстр (Sebastien Le Maistre) из Королевской обсерватории в Бельгии пояснил:
"Мы ищем колебания в несколько десятков сантиметров в течение марсианского года. Потребуется много времени и много данных, прежде чем мы сможем увидеть эти вариации".
Марс вращается быстрее и имеет жидкое ядро
Ускорение вращения Марса, измеренное прибором RISE, невелико, но все же присутствует. И ученые не до конца уверены в его причинах. Однако они выдвинули несколько гипотез. Например, накопление льда в полярных шапках, что смещает массу планеты. Или пока неизвестная внутренняя динамика.
Исследователи изучили данные за первые 900 марсианских дней работы InSight - достаточный срок для поиска вариаций. Сначала было трудно исключить источники шума: вода замедляет радиосигналы, поэтому влага в атмосфере Земли может искажать сигнал, возвращающийся с Марса. Аналогичным образом действует и солнечный ветер. Однако InSight предоставляет сейсмические и радиоданные высочайшего качества.
Данные RISE были также использованы для измерения колебаний Марса, называемых нутацией, вызванных дрожанием его жидкого ядра. Эти измерения позволили ученым определить размер ядра, радиус которого составляет около 1835 км. Для сравнения, радиус ядра Земли составляет 1221 км, и оно твердое. Вспомним также, что радиус Марса в целом составляет 3390 км, что примерно в два раза меньше радиуса Земли.
Ученые смогли отдельно охарактеризовать ядро и мантию Марса. Так, они обнаружили, что увеличение плотности между ними составляет 1,69 кг на кубический метр, что еще раз подтверждает наличие расплавленного, а не твердого ядра, как на Земле.
Анализ радиоданных о нутации также позволил уточнить форму этого ядра. В частности, она не может быть объяснена только вращением Марса: для этого необходимы несколько большие или меньшие плотности в глубине мантии, т.е. пока неизвестные массовые аномалии. И это исследователи, изучая данные, завещанные InSight, надеются понять в ближайшее время.