Марс оказался второй планетой Солнечной системы, в собственном вращении которой ученые нашли странный эффект, ранее обнаруженный только у Земли. Выяснилось, что планета не может сохранять ровно свою ось вращения, которая постоянно «гуляет» вокруг своего среднего положения.
Аналогичное движение было обнаружено и на Земле, правда, еще век назад. Известно, что в движении полюса Земли присутствует множество компонентов, наиболее значимыми из них являются годовое и так называемое чандлеровское движение полюса. Эти два периодических движения легко различаются в наблюдениях широты и многократно исследовались учеными. Наличие годовой гармоники объясняется сезонными перемещениями воздушных и водных масс по земной поверхности. Чандлеровское же колебание представляет собой квазигармоническое колебание сложной структуры и чаще всего связывается с периодом свободной нутации, наличие которого было теоретически предсказано Л. Эйлером в конце XVIII века.
Чандлеровское колебание связывают с отсутствием сферической симметрии тела — благодаря этому ось планеты отклоняется от среднего положения и «пляшет», как у раскрученного волчка, теряющего скорость.
В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, ученые под руководством Алекса Коноплива из Лаборатории реактивного движения NASA проанализировали данные, собиравшиеся почти 20 лет марсианскими орбитальными миссиями Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) и Mars Global Surveyor.
Радиоизмерения, сделанные с борта этих аппаратов, привели к заключению, что
ось вращения Марса ходит кругами на расстоянии 10 сантиметров против часовой стрелки, если смотреть на северный полюс планеты сверху. При этом период колебаний оси составляет 207 дней.
По словам авторов, период колебаний может многое сказать о внутреннем строении планеты – в частности, способности мантии к деформации и о ее тепловых свойствах. «Чандлеровское движение — обычно очень слабый сигнал, — пояснил Коноплив. — Вам требуется много лет сбора высокоточных данных, чтобы зафиксировать его».
Известно, что благодаря чандлеровским колебаниям ось Земли гуляет вокруг среднего положения на 3-6 метров с периодом примерно 433 суток.
И хотя со временем чандлеровское колебание обязано затухать, на Земле оно подпитывается благодаря колебаниям давления в атмосфере и переносу океанских масс.
В случае Марса ученые смогли показать, что обнаруженное колебание оси вращения связано исключительно с формой и внутренним строением планеты. «Чандлеровское движение Марса должно быстро затухать (примерно за 60 лет), если отсутствует возбуждение, которое на Земле происходит большей частью за счет атмосферных, океанических и гидрологических процессов, — пишут в статье ученые. — На Марсе возбуждение связано с сезонным обменом массы между полярными шапками и определяется изменениями атмосферного давления с частотой в 1/3 марсианского года, что близко к чандлеровской частоте».
«Поразительно, как они умудрились обнаружить это, — считает Франсис Ниммо, планетолог из Калифорнийского Университета в Санта-Крузе, не участвовавший в исследовании. — Это показывает, как много можно сделать, имея действительно большой набор качественных данных».
В конце 2020 года ученым впервые удалось понять внутреннее строение Марса и доказать, что планета имеет относительно тонкую кору и жидкое ядро. Сделать это помогли наблюдения, проводимые посадочным зондом NASA InSight, который работает на поверхности планеты с 2018 года. Специалисты отмечают, что ранее ученым удавалось напрямую исследовать глубины только Земли и Луны.
Сенсационные данные впервые были оглашены на виртуальной встрече Американского геофизического союза. «До последнего времени эта информация о Марсе отсутствовала», — пояснила Бриджит Кнапмейер-Эндрун из Института геологии и минералогии Кельнского университета. При этом она отказалась ответить на вопросы журналистов, сославшись на то, что статья об открытии лишь готовится к публикации в рецензируемом журнале.
Это важное достижение миссии, которая высадилась вблизи экватора Марса в ноябре 2018 года на равнину Элизий. Главная цель миссии — изучение внутреннего строения планеты с помощью чрезвычайно чувствительного сейсмометра, способного фиксировать шумы, идущие из недр планеты.