Az InSight 4 évig tartó küldetése tavaly decemberben véget ért, azonban az általa végzett mérésekből származó adatok még napjainkban is adnak munkát a tudósoknak. Az űrszonda segítségével az eddigi legpontosabb méréseket végezték a Mars forgásáról, és most először mutatták ki, hogy a bolygó forgástengelye mennyire imbolyog olvadt fémmagjának „lötyögése” miatt.

A Vörös Bolygó forgási sebességének nyomon követéséhez a tanulmány szerzői az InSight Rotation and Interior Structure Experimentnek, azaz RISE nevű műszerére támaszkodtak, amely rádiótranszponderből és antennákból áll.

A RISE működése

A RISE-t már korábban is alkalmazták a rádióhullámokat tudományos célokra használó marsjárókon, mint az 1970-es évekbeli Viking leszállóegységeken és a 90-es évek végén a Pathfinder leszállóegységen is. De egyik misszió sem rendelkezett az InSight fejlett rádiótechnológiájával, valamint a NASA korszerűsített földi Deep Space Network (DSN) antennáival. Ezek a fejlesztések együttesen mintegy ötször pontosabb adatokat szolgáltattak, mint a Viking leszállóegységek esetében.

Az InSight esetében a mérés elve a következő volt: a tudósok a DSN segítségével rádiójelet sugároztak a leszállóegységnek, a RISE ezután visszatükrözte a jelet. Amikor a tudósok megkapták a visszavert jelet, a Doppler-eltolódás (vagy Doppler-effektus, vagy Doppler-jelenség) okozta apró frekvenciaváltozásokat keresték (ez ugyanaz a hatás, ami miatt például a mentőautó szirénájának hangmagassága változik, ahogy közeledik és távolodik). Az eltolódás mérése lehetővé tette a kutatók számára, hogy meghatározzák, milyen gyorsan forog a bolygó.

A Mars gyorsuló forgása

Az így kapott adatok alapján megállapították, hogy a Mars forgása évente körülbelül 4 millimásodperccel gyorsul. Ez együtt jár a marsi napok hosszának változásával is, ami évi egy ezredmásodperc töredékével való rövidülésének felel meg.

Ahhoz, hogy ilyen kis mértékű változást megfigyeljenek, hosszú időre és rengeteg adat összegyűjtésére volt szükség. A tanulmány az InSight első 900 marsi napjának adatait vizsgálta, ami elegendő idő az ilyen eltérések megfigyelésére. A kutatóknak nem volt könnyű dolguk a zajforrások kiküszöbölésével: A víz lelassítja a rádiójeleket, így a Föld légkörében lévő nedvesség torzíthatja a Marsról érkező jelet, ahogy  a napszél is.

A tudósok nem teljesen biztosak a csekély mértékű gyorsulás okát illetően. Többek között az egyik lehetséges magyarázat a sarki jégsapkákon felhalmozódó jég mennyiségének változása, vagy a jégkorszak utáni „visszapattanás”. Ez a jelenség Földünkön is megfigyelhető. A jég súlya nyomja az alatta lévő felszínt és kérget, emiatt az lesüllyed, vagy úgy is fogalmazhatnánk, hogy behorpad. Az olvadás, eltűnés miatt a jég által betemetett szárazföldek felemelkednek, a felszín pedig visszanyeri eredeti formáját. A bolygó tömegének elmozdulása olyan gyorsulást okozhat, ami hasonlítható ahhoz, amikor egy korcsolyázó kinyújtott karral pörögne, majd behúzná a karját, így a pörgés felgyorsul.

A Mars magjának mérése

A tanulmány szerzői a RISE adatait arra is felhasználták, hogy megmérjék a Mars forgástengelyének billegését – az úgynevezett nutációt – a bolygó folyékony magjában zajló „lötyögés” miatt.  Ez azt jelenti, hogy a bolygó tengelye hullámvonalakkal tarkított kúpszerű pályát ír le.

Ez a jelenség Földünk esetén is megfigyelhető, ugyan más okok miatt. A lenti videón a nutáció és precesszió látható, a Föld forgástengelyének periodikus és hosszú távú mozgása a térben. A Föld tengelyének iránya (narancssárga színnel ábrázolva) idővel változik. A forgástengely hosszú időn keresztül (kb. 26 000 év) egy kört rajzol ki az éggömbön. Ezt a mozgást a Földünkön a Hold és a Nap gravitációja generálja, amely a Föld egyenlítői kitüremkedésére hat (a Föld ugyanis a sarkoknál egy kicsit lapult, az Egyenlítőnél kidudorodik). Mivel azonban a Hold havonta egyszer ferde, ellipszis alakú pályán kerüli meg a Földet, a forgástengely sokkal rövidebb időskálán (napoktól évekig) kisebb mozgásokon is átesik. Ez az oka annak, hogy a forgástengely által húzott vonal közelről nézve „hullámosnak” tűnik.

A RISE mérése lehetővé teszi a tudósok számára, hogy meghatározzák a Mars magjának méretét, ami nagyjából 1 835 kilométer sugarú. A tudósok ezt az értéket összehasonlították az űrszonda szeizmométeréből származó két korábbi méréssel, amit úgy vizsgáltak, hogy hogyan terjednek a szeizmikus hullámok a bolygó belsejében – visszaverődnek-e a magról, vagy akadálytalanul áthaladnak rajta.

Mindhárom mérést figyelembe véve a mag sugarát 1 790 és 1 850 kilométer közé becsülik. A Mars egésze 3 390 kilométer sugarú, vagyis körülbelül fele akkora, mint a Földé.

A Mars imbolygásának mérése részleteket szolgáltatott az olvadt mag alakjáról is. „A RISE adatai azt mutatják, hogy a mag alakja nem magyarázható pusztán a forgásával” – mondta a tanulmány egyik szerzője, Attilio Rivoldini, a Belga Királyi Obszervatórium munkatársa. „Ehhez az alakhoz a köpeny mélyén lévő, kicsivel nagyobb, vagy kisebb sűrűségű régiókra van szükség.”

A Nature folyóiratban megjelent teljes tanulmány angol nyelven az alábbi linken olvasható: Spin state and deep interior structure of Mars from InSight radio tracking