通过火星上地震仪，首次测量到火星发生的日食

美国宇航局（NASA）的洞察号（InSight）任务从火星表面向任务小组提供了数据。它的地震仪配备了苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）制造的电子设备，不仅记录了地震，而且还意外地对日食产生了反应。当火星上的火卫一直接移动到太阳前时，仪器会稍微向一侧倾斜，这种微小的影响可以帮助研究人员确定行星的内部。

图注：如果火卫一遮挡了太阳，则地震仪会向侧面略微倾斜，从而记录了火卫一在太阳前的经过。

站在火星上的观察者将看到行星的火卫一每五个小时从西向东穿过天空。每个行星年，它的轨道大约在太阳与火星上任何给定点之间通过。每次这样做，都会在三天内导致1至7次日食。自从2018年11月以来，发生这种情况的地方就是美国宇航局（NASA）的洞察号着陆器所在的地点，位于埃律西昂平原（Elysium Planitia）地区。

当我们的月亮在太阳前横渡时，地球就会发生一次日食现象，在火星上，这种现象的发生频率要比地球上发生的频率高得多。苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的地震学家西蒙·史塔勒解释说：“但是，火星上的日食更短——它们仅持续30秒，而且从未发生过全食。”美国宇航局两个火星车"机遇"号和"好奇号"拍摄的照片显示，在太阳的衬托下，有一个锋利的块状物。

照片不是观察这些过境的唯一方法。史塔勒解释说：“当地球经历日食时，当大气在一个特定的地方冷却并且空气从那个地方冲走时，仪器可以检测到温度的下降和阵风的迅速。”对来自洞察号的数据进行的分析应表明，是否也可以在火星上检测到类似的影响。

在2019年4月，可以从洞察号的着陆站点看到火星第一次日食，但仅保存了其中一些记录的数据。这些数据的初步迹象促使史塔勒和一个国际研究小组为2020年4月24日的下一次日食兴奋地做好准备。他们在8月的《地球物理研究快报》上发表了他们的观测结果。

不出所料，洞察号的太阳能电池记录了这一过境。“当火卫一位于太阳前面时，到达洞察号的太阳能电池的阳光就更少了，而太阳能电池又产生了更少的电能。” 史塔勒解释说，“可以测量由Phobos（Phobos是火星卫星之一）的阴影引起的曝光量下降。”实际上，日食期间的日照量下降了30％。但是，洞察号的气象仪器显示没有大气变化，风也没有按预期变化。其他文书；但是，令人惊讶的是：地震仪和磁力仪都产生了效果。

磁力计的信号很可能是由于太阳能电池电量的下降所致，正如苏黎世联邦理工学院火星团队的新成员安娜·米特尔霍尔茨（Anna Mittelholz）所展示的那样。史塔勒说：“但是我们没想到这个地震仪读数；这是一个不寻常的信号。”通常情况下，该仪器（配备以太坊制造的电子设备）将显示火星发生地震。迄今为止，由ETH的约翰·克林顿和多梅尼科·贾尔迪尼（Domenico Giardini）领导的Marsquake Service记录了大约40场常规地震，其中最强烈的记录为3.8级，以及数百次区域性浅层地震。

日食期间令人惊讶的是，地震仪在特定方向上略微倾斜。“这种倾斜非常小。” 斯塔勒指出，“想象一下一个5法郎的硬币；现在，将两个银原子推到硬币边缘下面。这就是我们要谈论的倾斜度：10^-8。”尽管效果很小，确实发生了倾斜，这是毋庸置疑的。

史塔勒说：“最明显的解释是火卫一的引力，类似于地球的月球造成潮汐的方式，但我们很快就排除了这一点。”如果这是解释，那么地震仪信号将在Phobos通过时出现，并且会每隔五个小时出现一次，这不仅发生在火星日食期间。科学家确定了最可能的倾斜原因：“在日食期间，火星地面会冷却。它会不均匀变形，从而使仪器倾斜。”地震学和波物理研究小组的马丁·范·德里尔（Martin van Driel）说。

碰巧，一个红外传感器确实在火星上测量了2度的地面冷却。计算表明，在日食的30秒内，“冷锋”只能穿透地面达几微米或几毫米的深度，但这种效果足以在地震仪上产生拉扯效果。

对地球的观察支持了斯塔勒的理论。在德国一个废弃的银矿中的黑森林天文台，鲁道夫·威德默·施尼格里格（Rudolf Widmer-Schnidrig）发现了一个类似的现象：在地震仪测试中，有人忽略了熄灯。一个60瓦的灯泡散发出的热量显然足以加热地下深层的最顶层花岗岩，从而使其略微膨胀并导致地震仪稍微向一侧倾斜。

科学家应该能够使用来自火星的微小倾斜信号来比以往更精确地绘制火卫一的轨道。 洞察号的位置是在火星上测量的最准确的位置；如果科学家确切地知道了火卫一在这里的一次过境的开始和结束时间，那么他们可以精确地计算出其轨道。这对未来的太空飞行任务很重要。例如，日本航天局JAXA计划在2024年向火星卫星发送探测器，并将火卫一的样本带回地球。斯塔勒说：“为此，他们需要确切地知道要飞到哪里。”

有关火卫一轨道的精确数据还可以进一步阐明火星的内部运行情况。当我们的月亮继续获得角动量并稳定地远离地球移动时，火卫一正在减速并逐渐回落到火星。在3千万至5千万年内，它将坠毁在火星表面。苏黎世联邦理工学院地球物理研究所的阿米尔·汗（Amir Khan）解释说：“我们可以利用这种轻微的减速来估算火星内部的弹性，从而估算火星内部的热度。最终，研究人员想知道火星形成的物质是否与形成地球物质相同，或者不同的成分是否可以解释为什么地球具有板块构造，密集的大气层和支持生命的条件——这是火星所缺乏的特征。