NASA的洞察力在日食期间使用地震仪探测火卫一

NASA的洞察力任务提供了来自火星表面的数据。它的地震仪配备了苏黎世理工大学制造的电子设备，不仅记录了地震，而且对日食也做出了出人意料的反应。当火星卫星火卫一(Phobos)在太阳正前方运动时，仪器会略微倾斜一侧。这种微小的效应可以帮助研究人员确定行星的内部。

站在火星上的观测者每隔五个小时就会看到该行星的卫星火卫一从西向东穿过天空。它的轨道大约每地球年一次在太阳和火星上的任何给定点之间运行一次。每一次这样做，都会在三天内造成一到七次日食。发生这种情况的一个地方是美国国家航空航天局(NASA)的洞察力着陆器(Insight着陆器)，该着陆器自2018年11月以来一直驻扎在极乐平坦地区。换句话说，当我们的月亮在太阳前面交叉时，这种现象比在地球上发生的频率要高得多。苏黎世理工学院地球物理研究所的地震学家Simon Stähler解释说：“然而，火星上的日食时间较短--它们只持续30秒，而且从来不是全食。”美国国家航空航天局的两辆火星漫游车“机遇号”和“好奇号”拍摄的照片也显示了太阳背景下一个边缘锋利的肿块。

照片并不是观察这些凌日的唯一方式。“当地球经历日食时，仪器可以探测到气温的下降和快速的阵风，因为在一个特定的地方大气冷却，空气从那个地方急速离开，”施泰勒解释说。对洞察力数据的分析应该表明，类似的影响是否也可以在火星上检测到。

2019年4月，从Insight的着陆点可以看到第一系列日食，但只保存了它记录的部分数据。这些数据的初步迹象促使施特勒和一个国际研究团队兴奋地为定于2020年4月24日发生的下一系列日食做准备。他们在8月份的“地球物理研究快报”杂志上发表了他们的观察结果。

不出所料，Insight的太阳能电池记录了凌日。“当火卫一在太阳前面时，到达太阳能电池的阳光较少，而太阳能电池产生的电力也较少，”施泰勒解释说。“火卫一阴影造成的光线曝光量下降是可以测量的.”事实上，日食期间的日光量下降了30%。然而，Insight的气象仪器显示，大气没有变化，风也没有像预期的那样变化。然而，其他仪器却带来了惊喜：地震仪和磁力计都记录到了效应。

来自磁力计的信号很可能是由于太阳能电池电量的下降，正如最近加入苏黎世理工大学火星团队的安娜·米特霍尔茨(Anna Mittelholz)所能证明的那样。“但是我们没有预料到这个地震计读数；这是一个不寻常的信号，”史塔勒说。正常情况下，该仪器-配备了ETH制造的电子设备-将指示地球上的地震。到目前为止，由约翰·克林顿(John Clinton)和ETH的多梅尼科·贾尔迪尼(Domenico Giardini)领导的马斯奎克服务局(Marsquake Service)已经记录了大约40次常规地震，其中最强的一次震级为3.8级，以及数百次地区性浅层地震。

在日食期间令人惊讶的是，地震仪在特定的方向上略有倾斜。“这个倾斜度小得令人难以置信，”施特勒指出。“想象一下一枚5法郎的硬币，现在，把两个银原子推到一边。那就是我们说的斜度：10-8。“。尽管这种影响很小，但仍然是毋庸置疑的。“最明显的解释是火卫一的引力，类似于地球月球引起潮汐的方式，”施特勒说，“但我们很快就排除了这一可能性。”如果这就是解释，那么地震仪信号就会出现更长的时间，每隔五个小时火卫一经过一次，而不仅仅是在日食期间。研究人员确定了倾斜的最有可能的原因：“在日食期间，地面冷却。它不均匀地变形，使仪器倾斜，“来自地震学和波浪物理研究小组的马丁·范·德里尔(Martin Van Driel)说。

碰巧的是，红外传感器确实测量到火星地面的温度降低了2度。计算显示，在日食的30秒内，“冷锋”只能穿透地面到微米或毫米的深度，但其影响足以拖拽地震仪。

在地球上的一次观察支持了斯特勒的理论。在位于德国一座废弃银矿的黑森林天文台，Rudolf Widmer-Schnidrig发现了类似的现象：在一次地震仪测试中，有人疏于关灯。一个60瓦的灯泡发出的热量显然足以加热地下深处最顶层的花岗岩，以至于它略微膨胀，导致地震仪略微倾斜。

科学家应该能够利用来自火星的微小倾斜信号，以比以前更精确的方式绘制火卫一的轨道图。洞察力的位置是火星上测量最准确的位置；如果科学家们准确地知道火卫一凌日在这里开始和结束的时间，他们就可以精确地计算出它的轨道。这对未来的太空任务很重要。例如，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)计划在2024年向火星的月球发射探测器，并将火卫一的样本带回地球。“要做到这一点，他们需要确切地知道他们要飞到哪里，”施塔勒说。

火卫一轨道上的精确数据也可以更多地揭示火星的内部运作。当我们的月球继续获得角动量并稳步远离地球时，火卫一正在减速并逐渐向火星靠拢。在3000万到5000万年后，它将坠落到地球表面。同样在苏黎世理工学院地球物理研究所工作的阿米尔·汗解释说：“我们可以利用这种轻微的减速来估计火星内部的弹性有多大，也就是火星内部的温度有多高；冷物质总是比热的弹性更大”，同样在苏黎世理工学院地球物理研究所工作的阿米尔·汗解释说。最终，研究人员想知道火星是由与地球相同的物质形成的，还是不同的成分可以解释为什么地球有板块构造、稠密的大气和支持生命特征的条件，这些都是火星所缺乏的。

S.C.Stähler等人：火卫一凌日的地球物理观测近景，2020年8月4日，地球物理研究快报。DOI：10.1029/2020GL089099。

Bagheri，A.，Khan，A.，Al-Attar，D.，Crawford，O.&Giardini，D.从实验室粘弹性耗散模型和地球物理数据约束火星的潮汐响应。J.地球物理。研究行星124,2703-2727(2019年)。DOI：10.1029/2019JE006015.