Mars obraca się coraz szybciej. Dowiedzieliśmy się o tym dzięki misji InSight

W tym artykule:

1. Jak zmierzyć ruch obrotowy Marsa?
2. Wszystko dzięki Deep Space Network
3. Jak duże jest jądro Marsa?
4. Misja zakończona, lecz to nie koniec badań

Naukowcom udało się wykonać wyjątkowo precyzyjne pomiary rotacji Marsa. Po raz pierwszy wykryli też, że planeta chwieje się, co ma być spowodowane „przelewaniem się” płynnego metalowego jądra. Powyższe odkrycia były możliwe dzięki szczegółowym danym zebranym przez lądownik NASA InSight. Opisano je w artykule opublikowanym niedawno na łamach „Nature”.

Jak zmierzyć ruch obrotowy Marsa?

Precyzyjne śledzenie prędkości wirowania planety było możliwe dzięki RISE, jednemu z instrumentów InSight. RISE, czyli Rotation and Interior Structure Experiment, to transponder radiowy połączony z antenami. Dzięki zebranym przez instrument danym udało się ustalić, że ruch obrotowy Marsa przyspiesza o około 4 milisekundy kątowe rocznie. To odpowiada skróceniu długości dnia marsjańskiego o ułamek milisekundy rocznie.

Jest to dość subtelne przyspieszenie, a naukowcy nie są do końca pewni jego przyczyny. Możliwe, że ma związek z lodem gromadzącym się na czapach polarnych. Zmiana masy planety może wywołać zwiększenie prędkości ruchu obrotowego.

– Możliwość uzyskania tak dokładnych pomiarów rotacji Marsa jest naprawdę ekscytująca – powiedział główny badacz InSight, Bruce Banerdt z NASA Jet Propulsion Laboratory w Południowej Kalifornii. – Byłem zaangażowany w program ustanowienia stacji geofizycznej na Marsie od wielu lat. Dane zebrane przez InSight pokazują, że lata mojej pracy nie poszły na marne. Przeciwnie, przyniosły fascynujące wyniki.

Wszystko dzięki Deep Space Network

Instrument badawczy RISE nie został zaprojektowany specjalnie dla zakończonej w grudniu 2022 roku misji InSight. Jest częścią długiego szeregu podobnych instrumentów wykorzystywanych od czasu lądowania na marsie bliźniaczych Vikingów w 1970 roku. Analogiczny instrument był również na wyposażeniu lądownik Pathfinder, który znalazł się na Marsie pod koniec lat 90. ubiegłego wieku. Żadna z tych misji nie była jednak tak nowoczesna ani nie miała wsparcia w sieci potężnych anten zwanych Deep Space Network. Ocenia się, że dane pozyskane dzięki InSight są około pięciokrotnie bardziej precyzyjne niż te, które mogły uzyskać przyrządy Vikingów.

Cały eksperyment był stosunkowo prosty. Naukowcy, używając do tego sieci Deep Space Network, przesłali sygnał radiowy do lądownika InSight. RISE odbijał wtedy sygnał zwrotny. Po otrzymaniu odbitego sygnału naukowcy szukali niewielkich zmian częstotliwości spowodowanych przesunięciem Dopplera. Jest to efekt, który najłatwiej jest wyjaśnić zmianą wysokości dźwięku syreny alarmowej, gdy samochód z syreną zbliża się lub się oddala. Pomiar przesunięcia umożliwił naukowcom określenie, jak szybko obraca się planeta.

– Szukamy wariacji, które wynoszą zaledwie kilkadziesiąt centymetrów w ciągu marsjańskiego roku – mówi główny autor artykułu i główny badacz RISE, Sebastien Le Maistre z Królewskiego Obserwatorium Belgii. – Potrzeba bardzo wiele czasu i wielu danych, nim będziemy mogli zobaczyć te różnice.

W artykule przeanalizowano dane z pierwszych 900 marsjańskich dni pracy InSight. Było to wystarczająco dużo czasu, aby szukać wspomnianych zmian. Naukowcy wyeliminowali źródła niepotrzebnego szumu. Jednym z nim jest para wodna w ziemskiej atmosferze, która może spowalniać sygnały radiowe wracające z Marsa. Zakłócające działanie ma również wiatr słoneczny, elektrony i protony wyrzucone w głęboką przestrzeń ze Słońca.

Jeszcze w tym wieku Betelgeza zakończy życie. To będzie potężna supernowa

Nieco ponad 650 lat świetlnych od Ziemi umiera Betelgeza. Najświeższe prognozy dają słynnemu nadolbrzymowi zaledwie kilka dekad, zanim zapadnie się w ostatnim błysku chwały.

Jak duże jest jądro Marsa?

Dane RISE zostały również wykorzystane przez autorów badania do pomiaru nutacji, czyli chybotania Marsa. Jest ono wynikiem przelewania się płynnego metalu w jego jądrze. Pomiar pozwala naukowcom określić rozmiar rdzenia. Na podstawie danych RISE ustalono, że rdzeń Marsa ma promień około 1 835 kilometrów.

Następnie autorzy porównali tę liczbę z dwoma wcześniejszymi pomiarami rdzenia pochodzącymi z sejsmometru statku kosmicznego. Przyjrzeli się też, w jaki sposób fale sejsmiczne przemieszczają się przez wnętrze planety – czy odbijają się od jądra, czy przechodzą przez niego bez przeszkód.

Biorąc pod uwagę wszystkie trzy pomiary, szacują, że promień rdzenia wynosi od 1 790 i 1 850 kilometrów. Cała planeta ma promień około 3 390 kilometrów, co stanowi około połowy wielkości Ziemi.

Co ciekawe, pomiar nutacji Marsa dostarczył również pewnych szczegółów na temat kształtu rdzenia.

– Dane z RISE wskazują, że kształtu jądra nie można wyjaśnić samą rotacją – mówi drugi z autorów artykułu, Attilio Rivoldini z Królewskiego Obserwatorium Belgii. – Jest on regulowany obszarami o różnej gęstości, co wymaga dalszych badań.

Misja zakończona, lecz to nie koniec badań

Dane naukowe z czteroletniej misji InSight będą analizowane przez wiele kolejnych lat. Już dały nam wgląd w procesy wulkaniczne zachodzące na naszej sąsiedniej planecie oraz w tzw. trzęsienia Marsa. Szkoda tylko, że człowiek od początku zaangażowany w misję, czyli dr Bruce Banerdt, nie będzie brał już w nich aktywnego udziału. 1 sierpnia, po 46 latach pracy, przeszedł na emeryturę.

Zakończona w grudniu 2022 roku misja InSight była częścią programu NASA Discovery, zarządzanego przez Marshall Space Flight Center w Huntsville w Alabamie. Za budowę statku kosmicznego InSight odpowiadał Lockheed Martin Space w Denver. W misję zaangażowało się wielu europejskich partnerów, w tym francuskie Centre National d'Études Spatiales (CNES) i Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR). DLR dostarczył instrument Heat Flow and Physical Properties Package (HP3), skonstruowany przy znaczącym udziale Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk i Astroniki w Polsce. Hiszpańskie Centro de Astrobiología (CAB) dostarczyło czujniki temperatury i wiatru.

Źródło: Nature

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.