火星现在越转越快了

图片来源：NASA Hubble，CC BY 2.0

撰文 | Elizabeth Rayne

翻译 | 岳楠楠

编辑 | 二七

来自着陆器发出的无线电信号帮助我们跟踪火星的旋转，火星的旋转速度正在缓慢改变。

简单地用“奇异”来描述火星都太轻描淡写了：它几乎没有大气层，不稳定的液态金属核心导致自转轴不断摇摆，但它表层又是一片冰冻住的沙漠，这样看来火星本身就是一个矛盾的存在。如果这还不够奇怪，如今来自美国航空航天局（NASA）“洞察”号（InSight）火星探测器的数据显示，这颗红色星球正在越转越快。

图片来源：NASA

起初，这种自转加速的现象并不为人知，直到一个研究团队通过“洞察”号的自转和内部结构实验（RISE）发现了加速的证据。这个研究团队由比利时皇家天文台的无线电科学家塞巴斯蒂安·勒梅斯特（Sebastien Le Maistre）领导，他也是RISE的首席研究员。他们之前曾经发现火星的核心很可能是一团熔融金属。通过进一步研究“洞察”号在火星上的前900天的RISE数据，他们发现这颗行星的自转周期每（地球）年会缩短大约0.76毫秒，火星的日子在逐渐变短。但这是为什么呢？

地下或地上的它

RISE的主要目标是观察火星在太阳引力下摇摆的程度，这可以反映出火星的核心可能是固态还是液态。RISE还有另一个任务，就是测量一个火星日有多长。火星的一天（sol），比地球的一天长大约半小时，为24小时37分钟。RISE通过无线电的反射同时测量火星的自转速度和摆动。当接收到来自NASA的深空探测网（DSN）的无线电信号时，“洞察”号会将这些波反射回地球。“洞察”号团队通过分析DSN发出的信号频率与反射回地球的信号频率之间的差异来研究着陆器是如何随着火星一起移动的。

反射无线电波的频率变化揭示了火星轨道的摆动，以及火星的一天有多长。RISE能够以前所未有的精度测量火星日的长度变化，它比“海盗”号火星探测器的精度高4倍。RISE还通过跟踪极地的二氧化碳的变化找到了火星日变短的证据，当春夏季节行星变暖时，二氧化碳会升华为气体，而当秋冬季节行星变冷时，二氧化碳会重新凝结。

冰冰宝贝

尽管我们知道地球的自转速度在数十亿年以来一直在减慢，我们的一天变得更长，以及这背后的主要原因，但科学家对火星的自转加速和火星日变短的确切原因并不确定。一个可能的解释是这与火星冰盖的变化有关。

图片来源：NASA/JPL/University of Arizona

在较温暖的月份，火星冰盖的大量二氧化碳升华，原本被冰覆盖的区域裸露了出来。勒梅斯特和研究团队认为，冰后回弹或冰的累积（或两者兼而有之）会以不同的方式使火星的质量向自转轴聚集：例如，大气中的二氧化碳凝结成冰，可能会在非常靠近自转轴的极地冰盖积累；另外，冰后回弹也会因为冰的升华导致下方的陆地“反弹”，从而使行星形变。

此外，研究人员认为火星也可能通过液态核心的动量传递到地幔这种核-幔耦合来加速。

“火星旋转速度的缓慢增加可能是火星内部动力学或其大气和冰盖的长期演化趋势的结果。”相关研究近期发表于《自然》（Nature），其中这样写道。

在数据中寻找这种微小变化是一项繁琐的工作。在探测器仍然处于运行状态时，研究人员需要等待漫长的时间来获取足够多的数据。而当最终获得这些数据后，他们还需要排除所有可能的干扰因素，比如水和太阳风。这两者都可能减慢“洞察”号反射的无线电信号从火星返回地球的速度。

尽管“洞察”号探测器在一场尘暴中结束了它的使命，勒梅斯特仍希望继续挖掘数据信息，并尽可能找到导致火星日变短的原因。

《自然》，2023年。DOI: 10.1038/s41586-023-06150-0

原文链接：

https://arstechnica.com/science/2023/08/mars-keeps-spinning-faster-every-year-nasa-insight-data-says/

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