火星上出現的日食對火星竟然有意想不到的影響

美國太空總署的洞察號（Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport 運用地震調查、測地學與熱傳導對火星內部進行探測，簡稱 InSight）火星探測任務從火星表面提供數據。它的地震儀配備了蘇黎世聯邦理工學院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich）製造的電子設備，不僅記錄地震，而且還意外地對日食產生反應。 當火衛一（Phobos）運行到太陽前面，儀器會稍微向一側傾斜，這種微小的影響可以幫助研究人員確定火星的內部情況。

站在火星上的人會看到火衛一每五個小時從西向東穿過天空。每個地球年，它的軌道大約在太陽與火星上任何一點之間通過，因此每三天內會出現一至七次日食。自從2018年11月以來，發生這種情況的地方就是美國太空總署洞察號著陸器所在的埃律西昂平原（Elysium Planitia）地區。這種現象發生頻率比地球上出現日食的頻率高得多。蘇黎世聯邦理工學院地球物理研究所地震學家西蒙·史太勒（Simon Stähler）指出，火星上的日食時間很短，它們僅持續三十秒，而且不會出現日全食。

照片不是觀察這些日食現象的唯一方法。史太勒指出，當地球經歷日食時，大氣在一個特定的地方冷卻並且空氣從那個地方沖走時，儀器可以檢測到溫度下降和陣風。來自洞察號的數據分析應顯示，是否火星上也會檢測到類似的影響。

在2019年4月，可以從洞察號的登陸地點看到第一批日食，但僅保存了其中一些記錄的數據。 這些數據的初步跡象促使史泰勒和一組國際研究團隊為2020年4月24日發生的一次火星日食做好準備。

不出所料，洞察號的太陽能電池記錄了這一次日食。當火衛一位於太陽前面時，到達太陽能電池的陽光就更少，而太陽能電池又產生更少的電能，可以測量由火衛一的陰影引起曝光量下降數值，日食期間的日照量下降了30％，但是洞察號的氣象儀器顯示沒有大氣變化，風也沒有按預期變化。反而令人驚訝的是，地震儀和磁力儀數據都出現了變化。

研究團隊表示，磁力計的訊號很可能是由於太陽能電池電量的下降所致，但是我們沒想到地震儀會出現一個不尋常的訊號。通常情況下，儀器顯示正在發生地震。至今為止，火星上記錄了大約四十場常規地震，其中最強烈的記錄為3.8級，以及數百次區域性淺層地震。

日食期間令研究團隊驚訝的是，地震儀在特定方向上略微傾斜。這種傾斜非常小，只有0.00000001角秒。儘管效果很小，但仍然毫無疑問，最明顯的解釋是來自火衛一的引力，類似地球的月球造成潮汐的方式。不過團隊很快就排除了這一點。如果解釋成立，那麼地震儀將在每次火衛一通過時出現微細傾斜，並且會每隔五個小時出現一次，而不是只會發生在日食期間。地震和波物理研究小組的馬田·范·德里爾（Martin van Driel）確定了最可能的傾斜原因是在日食期間，地面會冷卻，它會不均勻變形，從而使儀器傾斜。

碰巧，一個紅外線傳感器確實在火星上測量到地面冷卻了兩度。計算顯示，在日食的三十秒內，火星上的冷鋒只能穿透地面達幾微米或幾毫米的深度，但這種效果足以輕微影響地震儀。

科學家應該能夠使用來自火星的微小傾斜訊號來更精確計算火衛一的軌道。洞察號在火星上的位置是測量得最準確； 如果科學家確定火衛一在這個位置出現日食的開始和結束時間，那麼他們可以精確計算出它的軌道，這對未來的太空飛行任務十分重要。

【圖：美國太空總署；文：節譯自蘇黎世聯邦理工學院2020年9月4日新聞公佈】研究全文刊登在2020年8月4日出版的《地球物理研究通訊》期刊