NASA's InSight-missie levert gegevens van het oppervlak van Mars. Zijn seismometer, uitgerust met elektronica gebouwd bij ETH Zürich, registreert niet alleen marsbevingen, maar reageert onverwacht ook op zonsverduisteringen. Wanneer de Marsmaan, Phobos beweegt recht voor de zon, het instrument kantelt iets naar één kant. Dit minuscule effect zou onderzoekers kunnen helpen bij het bepalen van het binnenste van de planeet.

Een waarnemer die op Mars staat, zou de maan Phobos van de planeet elke vijf uur van west naar oost zien doorkruisen. Zijn baan passeert ongeveer één keer per aardse jaar tussen de zon en een bepaald punt op Mars. Elke keer dat hij dat doet, het veroorzaakt van één tot zeven zonsverduisteringen binnen een tijdsbestek van drie dagen. Een plaats waar dit gebeurt is de site van NASA's InSight-lander, gestationeerd in de regio Elysium Planitia sinds november 2018. Met andere woorden, het fenomeen komt veel vaker voor dan op aarde, wanneer onze maan voor de zon kruist. "Echter, de verduisteringen op Mars zijn korter - ze duren slechts 30 seconden en zijn nooit totale verduisteringen, " legt Simon Stähler uit, een seismoloog aan het Instituut voor Geofysica van ETH Zürich. Foto's gemaakt door NASA's twee Marsrovers, Gelegenheid en nieuwsgierigheid, tonen ook een scherpgerande knobbel tegen de achtergrond van de zon.

Foto's zijn niet de enige manier om deze transits te observeren. "Als de aarde een zonsverduistering ervaart, instrumenten kunnen temperatuurdaling en snelle windstoten detecteren, als de atmosfeer op een bepaalde plaats afkoelt en lucht van die plek wegstroomt, Stähler legt uit. Een analyse van de gegevens van InSight moet uitwijzen of soortgelijke effecten ook op Mars aantoonbaar zijn.

Wachten op 24 april 2020

In april 2019, de eerste reeks zonsverduisteringen waren zichtbaar vanaf de landingsplaats van InSight, maar slechts een deel van de gegevens die het opnam, werd opgeslagen. De eerste aanwijzingen uit die gegevens brachten Stähler en een internationaal onderzoeksteam ertoe zich opgewonden voor te bereiden op de volgende reeks verduisteringen, op 24 april 2020. Ze publiceerden de bevindingen van hun observaties in augustus in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven .

Zoals verwacht, De zonnecellen van InSight registreerden de transits. "Als Phobos voor de zon staat, minder zonlicht bereikt de zonnecellen, en deze produceren op hun beurt minder elektriciteit, " legt Stähler uit. "De afname van de blootstelling aan licht veroorzaakt door de schaduw van Phobos kan worden gemeten." de hoeveelheid zonlicht daalde tijdens een zonsverduistering met 30 procent. Echter, De weerinstrumenten van InSight gaven geen atmosferische veranderingen aan, en de wind veranderde niet zoals verwacht. Andere instrumenten; echter, leverde een verrassing op:zowel de seismometer als de magnetometer registreerden een effect.

Ongebruikelijk signaal van de seismometer

Het signaal van de magnetometer is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de afname van de elektriciteit van de zonnecellen, als Anna Mittelholz, een recente toevoeging aan het Mars-team van ETH Zürich, kon laten zien. "Maar we hadden deze seismometerstand niet verwacht; het is een ongewoon signaal, " zegt Stähler. Normaal gesproken het instrument - uitgerust met elektronica gebouwd bij ETH - zou aardbevingen op de planeet aangeven. Tot zover de Marsbevingsdienst, onder leiding van John Clinton en Domenico Giardini bij ETH, heeft ongeveer 40 conventionele aardbevingen geregistreerd, waarvan de sterkste een magnitude van 3,8 registreerde, evenals enkele honderden regionale, ondiepe aardbevingen.

Wat tijdens de zonsverduistering verrassend was, was dat de seismometer enigszins in een bepaalde richting kantelde. "Deze helling is ongelooflijk klein, Stähler merkt op. "Stel je een munt van 5 frank voor; nu, duw twee zilveratomen onder één rand. Dat is de helling waar we het over hebben:10 ^-8 ." Hoe gering dit effect ook was, het was nog steeds onmiskenbaar. "De meest voor de hand liggende verklaring zou de zwaartekracht van Phobos zijn, vergelijkbaar met hoe de maan van de aarde de getijden veroorzaakt, "Stähler zegt, "maar dat hebben we snel uitgesloten." Als dat de verklaring zou zijn, dan zou het signaal van de seismometer voor een langere periode aanwezig zijn en elke vijf uur als Phobos passeert, niet alleen tijdens verduisteringen. Onderzoekers hebben de meest waarschijnlijke oorzaak van de kanteling vastgesteld:"Tijdens een zonsverduistering, de grond koelt af. Het vervormt ongelijkmatig, die het instrument kantelt, ", zegt Martin van Driel van de onderzoeksgroep Seismologie en Golffysica.

Zoals het gebeurt, een infraroodsensor heeft inderdaad een afkoeling van de grond op Mars van twee graden gemeten. Uit berekeningen bleek dat in de 30 seconden van de zonsverduistering, het "koude front" kon slechts tot een diepte van micro- of millimeters in de grond doordringen, maar het effect was genoeg om aan de seismometer te trekken.

Experimenten in een oude zilvermijn

Een observatie terug op aarde ondersteunt de theorie van Stähler. Bij het Observatorium van het Zwarte Woud, gelegen in een verlaten zilvermijn in Duitsland, Rudolf Widmer-Schnidrig ontdekte een soortgelijk fenomeen:tijdens een seismometertest iemand heeft verzuimd het licht uit te doen. De warmte die werd afgegeven door een lamp van 60 watt was blijkbaar genoeg om de bovenste laag graniet diep onder de grond te verwarmen. zodat deze iets uitzette en de seismometer enigszins naar één kant kantelde.

Wetenschappers zouden het kleine kantelsignaal van Mars moeten kunnen gebruiken om de baan van Phobos met meer precisie in kaart te brengen dan voorheen mogelijk was. De positie van InSight is de meest nauwkeurig gemeten locatie op Mars; als de wetenschappers precies weten wanneer een transit door Phobos hier begint en eindigt, ze kunnen zijn baan precies berekenen. Dit is belangrijk voor toekomstige ruimtemissies. Bijvoorbeeld, De Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA is van plan om in 2024 een sonde naar de manen van Mars te sturen en monsters van Phobos terug naar de aarde te brengen. "Om dat te doen, ze moeten precies weten waar ze naartoe vliegen, ", zegt Stahler.

Welke precieze baangegevens onthullen?

Nauwkeurige gegevens over de baan van Phobos zouden ook meer licht kunnen werpen op de innerlijke werking van Mars. Terwijl onze maan impulsmoment blijft krijgen en zich gestaag van de aarde verwijdert, Phobos vertraagt ​​en valt geleidelijk terug naar Mars. In 30 tot 50 miljoen jaar, het zal neerstorten op het oppervlak van de planeet. "We kunnen deze lichte vertraging gebruiken om in te schatten hoe elastisch en dus hoe heet het interieur van Mars is; koud materiaal is altijd elastischer dan heet, " legt Amir Khan uit, ook bij het Instituut voor Geofysica van de ETH Zürich. uiteindelijk, de onderzoekers willen weten of Mars is gevormd uit hetzelfde materiaal als de aarde, of verschillende componenten zouden kunnen verklaren waarom de aarde platentektoniek heeft, een dichte atmosfeer en omstandigheden die leven ondersteunen - kenmerken die Mars mist.