NASA:s InSight-uppdrag tillhandahåller data från Mars yta. Dess seismometer, utrustad med elektronik byggd på ETH Zürich, inte bara registrerar marsbävningar, men reagerar oväntat på solförmörkelser också. När marsmånen, Phobos rör sig direkt framför solen, instrumentet tippar något åt ​​sidan. Denna minimala effekt kan hjälpa forskare att bestämma planetens inre.

En observatör som stod på Mars skulle se planetens måne Phobos korsa himlen från väst till öst var femte timme. Dess omloppsbana passerar mellan solen och en given punkt på Mars ungefär en gång varje jordår. Varje gång det gör det, det orsakar från en till sju solförmörkelser inom loppet av tre dagar. En plats där detta händer är platsen för NASA:s InSight-landare, stationerad i Elysium Planitia-regionen sedan november 2018. Med andra ord, fenomenet förekommer mycket oftare än på jorden, när vår måne korsar framför solen. "Dock, förmörkelserna på Mars är kortare – de varar bara 30 sekunder och är aldrig totala förmörkelser, " förklarar Simon Stähler, en seismolog vid ETH Zürichs Institute of Geophysics. Foton tagna av NASA:s två Mars-rovers, Möjlighet och nyfikenhet, visar också en skarpkantig klump mot solens bakgrund.

Fotografier är inte det enda sättet att observera dessa transiter. "När jorden upplever en solförmörkelse, instrument kan upptäcka en temperaturminskning och snabba vindbyar, när atmosfären svalnar på en viss plats och luften rusar bort från den platsen, " förklarar Stähler. En analys av data från InSight bör indikera om liknande effekter också kan detekteras på Mars.

Väntar på 24 april 2020

I april 2019, den första serien av solförmörkelser var synliga från InSights landningsplats, men bara en del av de data som registrerades sparades. De första indikationerna från dessa uppgifter fick Stähler och ett internationellt forskarlag att förbereda sig med spänning inför nästa serie av förmörkelser, förfallo den 24 april 2020. De publicerade resultaten från sina observationer i augusti i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

Som förväntat, InSights solceller registrerade transiteringarna. "När Phobos är framför solen, mindre solljus når solcellerna, och dessa producerar i sin tur mindre el, " Stähler förklarar. "Nedgången i ljusexponering orsakad av Phobos skugga kan mätas." mängden solljus som doppade under en förmörkelse med 30 procent. Dock, InSights väderinstrument visade inga atmosfäriska förändringar, och vindarna förändrades inte som förväntat. Andra instrument; dock, levererade en överraskning:både seismometern och magnetometern registrerade en effekt.

Ovanlig signal från seismometern

Signalen från magnetometern beror med största sannolikhet på nedgången i solcellernas el, som Anna Mittelholz, ett nyligen tillskott till ETH Zürichs Mars-team, kunde visa. "Men vi förväntade oss inte denna seismometeravläsning, det är en ovanlig signal, " säger Stähler. Normalt, instrumentet – utrustat med elektronik byggd vid ETH – skulle indikera jordbävningar på planeten. Hittills Marsquake Service, ledd av John Clinton och Domenico Giardini vid ETH, har registrerat cirka 40 konventionella skalv, den starkaste av dem registrerade en magnitud på 3,8, samt flera hundra regionala, grunda skalv.

Det som var överraskande under solförmörkelsen var att seismometern lutade något åt ​​en viss riktning. "Denna lutning är otroligt liten, " konstaterar Stähler. "Tänk dig ett 5-francsmynt; nu, tryck två silveratomer under ena kanten. Det är lutningen vi pratar om:10 ^-8 ." Så liten som denna effekt var, det var fortfarande omisskännligt. "Den mest uppenbara förklaringen skulle vara Phobos gravitation, liknande hur jordens måne orsakar tidvatten, Stähler säger, "men vi uteslöt snabbt detta." Om det var förklaringen, då skulle seismometersignalen vara närvarande under en längre tid och var femte timme när Phobos passerar, inte bara under solförmörkelser. Forskare fastställde den mest sannolika orsaken till lutningen:"Under en förmörkelse, marken svalnar. Den deformeras ojämnt, som lutar instrumentet, säger Martin van Driel från forskargruppen Seismology and Wave Physics.

När det händer, en infraröd sensor mätte verkligen en kylning av marken på Mars på två grader. Beräkningar visade att under de 30 sekunderna av förmörkelsen, "kallfronten" kunde penetrera marken endast till ett djup av mikro- eller millimeter, men effekten räckte för att rycka i seismometern.

Experiment i en gammal silvergruva

En observation tillbaka på jorden stöder Stählers teori. Vid Schwarzwald-observatoriet, ligger i en övergiven silvergruva i Tyskland, Rudolf Widmer-Schnidrig upptäckte ett liknande fenomen:under ett seismometertest, någon försummade att släcka ljuset. Värmen som avgavs av en 60-watts glödlampa var tydligen tillräckligt för att värma det översta lagret av granit djupt under marken, så att den expanderade något och fick seismometern att luta något åt ​​sidan.

Forskare borde kunna använda den lilla lutningssignalen från Mars för att kartlägga Phobos omloppsbana med mer precision än vad som tidigare varit möjligt. InSights position är den mest exakt uppmätta platsen på Mars; om forskarna vet exakt när en transit med Phobos här börjar och slutar, de kan beräkna dess omloppsbana exakt. Detta är viktigt för framtida rymduppdrag. Till exempel, Japans rymdorganisation JAXA planerar att skicka en sond till månarna på Mars 2024 och föra tillbaka prover från Phobos till jorden. "Att göra det, de behöver veta exakt vart de flyger till, säger Stähler.

Vilka exakta omloppsdata avslöjar

Exakta data om Phobos bana kan också kasta mer ljus över Mars inre funktion. Medan vår måne fortsätter att få vinkelmomentum och stadigt rör sig bort från jorden, Phobos saktar ner och faller gradvis tillbaka till Mars. Om 30 till 50 miljoner år, den kommer att krascha mot planetens yta. "Vi kan använda denna lätta avmattning för att uppskatta hur elastiskt och därmed hur varmt inredningen på mars är; kallt material är alltid mer elastiskt än varmt, " förklarar Amir Khan, även vid ETH Zürichs Institute of Geophysics. I sista hand, forskarna vill veta om Mars bildades av samma material som jorden, eller om olika komponenter kan förklara varför jorden har plattektonik, en tät atmosfär och förhållanden som stödjer liv – egenskaper som Mars saknar.