[读懂科学]火星像 Kim Yuna 一样旋转

Published 09 Aug.2023 07:49(KST)

地球自转每年加快
极地质量增加致轴心变化
NASA：如花样滑冰选手加速旋转

已经确认，在太阳系中距离地球最近的火星，其自转速度正以每年微小的幅度不断加快。科学家推测，这是因为火星轴心附近的极地地区不断积累冰层，导致质量增加。也就是说，类似于花样滑冰选手在旋转时像 Kim Yuna 这样收紧手臂后转速会变快的现象，正在火星上发生。

火星。资料图片。

美国国家航空航天局（NASA）7日（当地时间）表示，比利时王立天文台研究团队近日在国际学术期刊《自然》（Nature）上发表论文，公布了这一研究结果。研究团队利用 NASA 的“火星地质学家”洞察号（Insight）在去年12月结束为期4年的火星任务前，直到最后一刻所传回的观测数据，得出了这一结论。洞察号因太阳能电池板上积尘过多而寿命终结。

为测量火星自转速度，研究团队使用了安装在洞察号上的设备之一——名为“旋转与内部结构实验（RISE）”的天线和无线转发器。通过这一装置测得的结果显示，火星的自转速度每年加快约4毫角秒（milliarcseconds）。也就是说，火星的一天每年缩短约千分之一秒。研究团队表示，这虽是极其微小的变化，但目前仍未找到确切原因，只是推测可能与火星极地冰层的持续堆积，或埋藏冰层的地表隆起等几种现象有关。对此，NASA 解释称：“由于火星质心发生移动，会出现类似滑冰选手双臂平伸旋转时，突然收回双臂后转速加快的那种加速效应。”

NASA 自20世纪70年代发射的“海盗号”火星着陆器以及90年代发射的“探路者号”等历代火星着陆器上，都搭载了 RISE 天线，通过无线电发射和接收开展科学研究。尤其是2018年登陆火星的洞察号，得益于无线电技术的发展以及 NASA 升级了地球上包括深空网络（Deep Space Network）在内的天线设施，实现了更高精度的测量。与海盗号着陆器时期使用的无线电测量装置相比，所获取的数据精度提高了足足5倍。

火星地质探测器“洞察号”。图片来源 NASA官网提供

研究团队还基于洞察号留下的数据，测定了火星的精确大小以及其内部核心的尺度。首先，他们根据无线电测量结果，量化了火星自转时，由于内部液态核心的晃动而产生的行星振动现象的幅度。由此计算出的火星核心半径约为1835公里。随后，研究团队将这一数值与此前通过地震仪两次测得的结果进行对比分析，重点考察地震波在穿过火星内部时，是在核心处被反射还是直接穿透。结果表明，火星核心半径约为1790至1850公里，而火星整体半径约为3390公里，大约是地球的一半。