Солнечное затмение на Марсе влияет на поверхность планеты
Зонд NASA InSight предоставляет данные с поверхности Марса. Его сейсмометр не только регистрирует землетрясения на Марсе, но и неожиданно реагирует на солнечные затмения. Когда марсианский спутник Фобос движется прямо перед солнцем, прибор слегка наклоняется в сторону. Этот крошечный эффект мог бы помочь исследователям в определении внутренней части планеты.
Наблюдатель, стоящий на Марсе, видел бы, как спутник планеты Фобос пересекает небо с запада на восток каждые пять часов. Его орбита проходит между Солнцем и любой данной точкой на Марсе примерно один раз в земной год.
Каждый раз, когда он делает это, он вызывает от одного до семи солнечных затмений в течение трех дней. Одним из мест, где это происходит, является место посадки спускаемого аппарата НАСА InSight, расположенного в районе плато Элизиум с ноября 2018 года. Другими словами, это явление происходит гораздо чаще, чем на Земле, когда Луна пересекается с Солнцем.
«Однако затмения на Марсе короче — они длятся всего 30 секунд и никогда не бывают полными затмениями», — объясняет Саймон Штелер, сейсмолог из Цюрихского Института геофизики ETH. Фотографии, сделанные двумя марсоходами НАСА, Opportunity и Curiosity, также показывают остроконечную глыбу на фоне солнца.
Фотографии — не единственный способ наблюдать эти переходы. «Когда Земля переживает солнечное затмение, приборы могут обнаружить снижение температуры и быстрые порывы ветра, поскольку атмосфера охлаждается в одном конкретном месте и воздух устремляется прочь от этого места», — объясняет Штелер. Анализ данных InSight должен показать, обнаруживаются ли подобные эффекты и на Марсе.
В апреле 2019 года с посадочной площадки InSight была видна первая серия солнечных затмений, но сохранилась лишь часть записанных данных. Первоначальные указания на эти данные побудили Штелера и международную исследовательскую группу подготовиться к следующей серии затмений, которая должна была состояться 24 апреля 2020 года. Результаты своих наблюдений они опубликовали в августе в журнале Geophysical Research Letters.
Как и ожидалось, солнечные батареи InSight зарегистрировали транзиты. «Когда Фобос находится перед солнцем, меньше солнечного света попадает на солнечные элементы, а они, в свою очередь, производят меньше электроэнергии», — объясняет Штелер. — Снижение освещенности, вызванное тенью Фобоса, можно измерить.»
Действительно, количество солнечного света уменьшилось во время затмения на 30 процентов. Однако метеорологические приборы InSight не показали никаких атмосферных изменений, и ветер не изменился, как ожидалось. Другие приборы, однако, преподнесли сюрприз: сейсмометр и магнитометр зарегистрировали определенный эффект.
Сигнал от магнитометра, скорее всего, вызван снижением выработки электричества от солнечных батарей. «Но мы не ожидали, что сейсмометр покажет что-то; это необычный сигнал», — говорит Саймон Штелер. Обычно прибор показывал бы землетрясения на планете. До сих пор служба Marsquake, возглавляемая Джоном Клинтоном и Доменико Джардини из ETH, зафиксировала около 40 обычных землетрясений, самое сильное из которых зафиксировало магнитуду 3,8, а также несколько сотен региональных неглубоких землетрясений.
Что было удивительно во время солнечного затмения, так это то, что сейсмометр слегка наклонился в определенном направлении. «Этот наклон невероятно мал», — отмечает Штелер. — Представьте себе небольшую монету, а теперь подсуньте два атома серебра под один край. Это тот самый наклон, о котором мы говорим: 10-8.- Каким бы слабым ни был этот эффект, его все равно нельзя было ни с чем спутать. »
Наиболее очевидным объяснением была бы гравитация Фобоса, аналогичная тому, как Луна на Земли вызывает приливы, — говорит Штелер, — но мы быстро исключили это.»Если бы это было объяснение, то сигнал сейсмометра присутствовал бы в течение более длительного периода времени и каждые пять часов, когда Фобос совершает свой проход, а не только во время затмений. Исследователи определили наиболее вероятную причину наклона: «во время затмения поверхность остывает. Она деформируется неравномерно, что приводит к наклону прибора.
Как оказалось, инфракрасный датчик действительно измерил охлаждение поверхности на Марсе на два градуса. Расчеты показали, что за 30 секунд затмения «холодный фронт» мог проникнуть в почву только на глубину микро — или миллиметров, но этого эффекта было достаточно, чтобы подействовать на сейсмометр.
Наблюдение на Земле подтверждает теорию Штелера. В обсерватории, расположенной в заброшенном серебряном руднике в Германии, Рудольф Видмер-Шнидриг обнаружил похожее явление: во время испытания сейсмометра кто-то забыл выключить свет. Тепла, выделяемого 60-ваттной лампочкой, было, по-видимому, достаточно, чтобы нагреть верхний слой гранита глубоко под землей, так что он немного расширился и заставил сейсмометр слегка наклониться в одну сторону.
Точные данные о движении Фобоса могли бы пролить больше света на внутреннюю работу Марса. В то время как наша Луна продолжает набирать угловой момент и неуклонно удаляется от Земли, Фобос замедляется и постепенно падает обратно на Марс.
Через 30-50 миллионов лет он рухнет на поверхность планеты. «Мы можем использовать это небольшое замедление, чтобы оценить, насколько эластичны и, следовательно, насколько горячи марсианские внутренности; холодный материал всегда более эластичен, чем горячий», — объясняют ученые.
В конечном счете, исследователи хотят знать, был ли Марс сформирован из того же материала, что и Земля, или же различные компоненты могли бы объяснить, почему Земля имеет тектонику плит, плотную атмосферу и условия, поддерживающие жизнь, — характеристики, которых не хватает Марсу.
S.C. Stähler et al., Geophysical observations of Phobos transits by In Sight, Geophysical Research Letters (2020). DOI: 10.1029/2020GL089099