火星上出现的日食对火星竟然有意想不到的影响

美国航天局的洞察号（Interior Exploration using Seismic Investigations， Geodesy and Heat Transport 运用地震调查、测地学与热传导对火星内部进行探测，简称 InSight）火星探测任务从火星表面提供数据。 它的地震仪配备了苏黎世联邦理工学院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich）制造的电子设备，不仅记录地震，而且还意外地对日食产生反应。 当火卫一（Phobos）运行到太阳前面，仪器会稍微向一侧倾斜，这种微小的影响可以帮助研究人员确定火星的内部情况。

站在火星上的人会看到火卫一每五个小时从西向东穿过天空。 每个地球年，它的轨道大约在太阳与火星上任何一点之间通过，因此每三天内会出现一至七次日食。 自从2018年11月以来，发生这种情况的地方就是美国航天局洞察号着陆器所在的埃律西昂平原（Elysium Planitia）地区。 这种现象发生频率比地球上出现日食的频率高得多。 苏黎世联邦理工学院地球物理研究所地震学家西蒙·史太勒（Simon Stähler）指出，火星上的日食时间很短，它们仅持续三十秒，而且不会出现日全食。

照片不是观察这些日食现象的唯一方法。 史太勒指出，当地球经历日食时，大气在一个特定的地方冷却并且空气从那个地方冲走时，仪器可以检测到温度下降和阵风。 来自洞察号的数据分析应显示，是否火星上也会检测到类似的影响。

在2019年4月，可以从洞察号的登陆地点看到第一批日食，但仅保存了其中一些记录的数据。 这些数据的初步迹象促使史泰勒和一组国际研究团队为2020年4月24日发生的一次火星日食做好准备。不出所料，洞察号的太阳能电池记录了这一次日食。 当火卫一位于太阳前面时，到达太阳能电池的阳光就更少，而太阳能电池又产生更少的电能，可以测量由火卫一的阴影引起曝光量下降数值，日食期间的日照量下降了30%，但是洞察号的气象仪器显示没有大气变化，风也没有按预期变化。 反而令人惊讶的是，地震仪和磁力仪数据都出现了变化。

研究团队表示，磁力计的讯号很可能是由于太阳能电池电量的下降所致，但是我们没想到地震仪会出现一个不寻常的讯号。 通常情况下，仪器显示正在发生地震。 至今为止，火星上记录了大约四十场常规地震，其中最强烈的记录为3.8级，以及数百次区域性浅层地震。日食期间令研究团队惊讶的是，地震仪在特定方向上略微倾斜。 这种倾斜非常小，只有0.00000001角秒。 尽管效果很小，但仍然毫无疑问，最明显的解释是来自火卫一的引力，类似地球的月球造成潮汐的方式。 不过团队很快就排除了这一点。 如果解释成立，那么地震仪将在每次火卫一通过时出现微细倾斜，并且会每隔五个小时出现一次，而不是只会发生在日食期间。 地震和波物理研究小组的马田·范·德里尔（Martin van Driel）确定了最可能的倾斜原因是在日食期间，地面会冷却，它会不均匀变形，从而使仪器倾斜。

碰巧，一个红外线传感器确实在火星上测量到地面冷却了两度。 计算显示，在日食的三十秒内，火星上的冷锋只能穿透地面达几微米或几毫米的深度，但这种效果足以轻微影响地震仪。科学家应该能够使用来自火星的微小倾斜讯号来更精确计算火卫一的
轨道。 洞察号在火星上的位置是测量得最准确; 如果科学家确定火卫一在这个位置出现日食的开始和结束时间，那么他们可以精确计算出它的轨道，这对未来的太空飞行任务十分重要。

【图：美国太空总署;文：节译自苏黎世联邦理工学院2020年9月4日新闻公布】研究全文刊登在2020年8月4日出版的《地球物理研究通讯》期刊。

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