Mars roterer mærkbart hurtigere: dagen bliver kortere hvert år
Nye målinger og modeller afslører, at den røde planet år for år snurrer en smule hurtigere rundt. Ifølge nederlandske forskere gemmer der sig bag denne subtile effekt en enorm, opstigende masse dybt i Mars' kappe – direkte under det vulkanske Tharsis-plateau. En slags skjult motor, der langsomt accelererer planeten.
Planetforskere har fulgt Mars' rotation siden Viking-missionerne i 1970'erne. Takket være ekstremt præcise radiosignaler fra nyere rumsonder – særligt NASA's InSight-mission – er noget blevet synligt, som længe virkede usandsynligt: rotationshastigheden stiger faktisk.
En Mars-dag – én fuld omdrejning om sin akse – bliver hvert år cirka 7,6 × 10⁻⁴ millisekund kortere. Det lyder forsvindende lille, men for planetvidenskabere er det et klart signal om, at massefordelingen inde i Mars ikke forbliver stabil.
Mars opfører sig ikke som en størknet, uddød verden, men som et himmellegeme hvis indre stadig forskyder sig og omfordeler energi.
Fysikken bag fænomenet er velkendt fra skøjtebanen. Når en kunstløber trækker armene ind, drejer hun hurtigere rundt. Hun flytter massen tættere på rotationsaksen, hvilket reducerer hendes inertimoment og øger rotationshastigheden. Præcis det samme princip gælder for en planet – når masse samles tættere ved aksen, kan planeten accelerere.
Det rejser et presserende spørgsmål: hvilke interne processer forskyder så store mængder masse i en planet, der indtil for nylig blev betragtet som geologisk nærmest død?
En enorm let 'skive' dybt under vulkanområdet Tharsis
Et internationalt forskerhold – blandt andre fra TU Delft og Universitetet i Utrecht – kombinerede tyngdemålinger fra satellitter med seismiske data fra InSight. Dermed opstillede de en ny model af Mars' indre. Især én region springer i øjnene: Tharsis, det gigantiske vulkanske højland med kæmpevulkaner som Olympus Mons.
Satellitter, der flyver over Tharsis, accelererer en smule, når de passerer de massive vulkanområder, for derefter at bremse lidt igen. Dette tyngdekraftssignal er tidligere blevet kortlagt, men aldrig fuldstændigt forklaret. Klassiske modeller, der kun tager højde for variationer i skorpens tykkelse og stivhed, løber ind i en mur – uanset hvordan parametrene justeres, forbliver den målte afvigelse uforklaret.
Den nye undersøgelse tilbyder et alternativ: dybt i kappen, omkring 1.200 kilometer under Tharsis, befinder der sig en enorm, relativt let struktur. Forestil dig en slags flad skive af varmere, mindre tætte bjergarter med følgende egenskaber:
- cirka 1.500 kilometer bred
- omkring 400 kilometer tyk
- omtrent 60 kilogram per kubikmeter mindre tæt end det omgivende bjergmateriale
Fordi dette materiale er lettere end omgivelserne, har det en tendens til langsomt at bevæge sig opad – ligesom en luftboble i vand. Efterhånden som denne masse forskydes, ændres vægtfordelingen inde i planeten. Denne proces viser sig at passe præcis med den målte rotationsacceleration.
Forskerne kobler for første gang en dybtliggende kappestruktur direkte til forkortelsen af Mars-dagen.
En sådan opstigende, varm 'fjer' fra kappen kalder geologerne en mantelfjer eller panache. På Jorden er vulkanske hotspots som Hawaii og Island forbundet med denne type fjer. På Mars kunne Tharsis have samme slags dybtrodfæstet motor – omend planeten i dag er langt koldere og stivere end vores egen verden.
InSight leverede det manglende puzzlestykke
At forskerne overhovedet kan 'kigge' så dybt ind i Mars, skyldes det seismometer, som InSight-landeren placerede på planeten i 2018. Det registrerede tusindvis af rystelser og vibrationer, helt op til fjerne marsskælv. Ud fra seismiske bølgers udbredelse kan man udlede, hvor tykke og stive lagene i det indre er.
Før InSight spændte estimaterne for skorpens tykkelse fra cirka 24 til 72 kilometer – alt for upræcist til at fastlægge tyngdekraftsmodeller ordentligt. De nye seismiske data indsnævrer disse margener betydeligt:
- gennemsnitlig skorpetykkelse: cirka 55 kilometer
- litosfæren (den stive ydre skal): ned til omkring 500 kilometers dybde
- Mars' kerne: stadig delvist flydende
Med disse værdier kunne holdet bygge en kombineret model, der tager højde for både litosfærens bøjning og strømning i den dybe kappe. Denne model beskriver planetens tyngdekraftsfelt betydeligt bedre end ældre tilgange. Det resterende signal, der bliver tilbage, udgør præcis den markante, store anomali under Tharsis.
Er Mars stadig vulkansk aktiv – og hvad betyder det for os?
Hvis der virkelig befinder sig en aktiv mantelfjer under Tharsis, ændrer det billedet af Mars markant. Planeten ville da ikke være fuldstændigt 'størknet', men stadig have intern varme og strømning. Det stemmer overens med andre tegn på relativt ungt vulkanisme, herunder sammensætningen af visse Mars-meteoritter fundet på Jorden.
For fremtidige Mars-missioner er dette ikke et akademisk spørgsmål. En stadig varm, langsomt strømmende kappe kan have indflydelse på:
- mulig fremtidig vulkansk aktivitet – udbrud forventes ikke på kort sigt, men på geologiske tidsskalaer kan kæmpevulkaner vågne til live igen;
- overflades langsigtede stabilitet – langsom deformation og ophævning af områder gør en forskel for, hvor man sikkert kan lande og bygge;
- underjordiske varmekilder – en smule højere temperaturer i dybden kan påvirke frosset vand, salte og muligvis gamle spor af liv.
Accelerationen af Mars fungerer som en slags puls: svag, men målbar og direkte koblet til processer dybt under skorpen.
For vores egen planet leverer forskningen nyttigt sammenligningsgrundlag. Jorden, Venus og Mars er alle tre stenplaneter, der startede glødende varme. Alligevel afkølede Mars langt hurtigere, mistede næsten hele sit magnetfelt og størstedelen af sin tætte atmosfære. Ved bedre at forstå, hvor længe kappestrømning og fjer kan opretholdes i en kold planet, får videnskaberne bedre greb om, hvorfor nogle verdener forbliver beboelige, mens andre udtørrer.
Hvilke missioner skal til for at bekræfte billedet?
De nuværende data tegner et stærkt, men endnu ikke entydigt billede. Forskerne plæderer for nye Mars-missioner, der specifikt overvåger tyngdekraftsfeltet og eventuelle ændringer i det. Tænk på én eller flere satellitter i præcise, lave baner om planeten, der i årevis kan måle små forskydninger i massefordelingen.
En langsomt opstigende mantelfjer på tusindvis af kilometers tværsnit efterlader over tid spor i tyngdekraftsfeltet. Med tilstrækkelige måleår kan en sådan tendens blive synlig. Ekstra seismometre spredt ud over planeten ville kortlægge den interne struktur endnu skarpere og muligvis opfange direkte signaler fra strømmende eller delvist smeltet materiale i kappen.
Hvad betyder en hurtigere Mars-dag i praksis?
For fremtidige astronauter på en Mars-base betyder den nuværende acceleration meget lidt. En Mars-dag – en "sol" – varer nu cirka 24 timer og 37 minutter. Med den målte acceleration er forskellen efter hundrede år stadig kun brøkdele af et millisekund. Navigationssystemer og ure kan nemt håndtere sådanne minimale justeringer.
Det afgørende er, at accelerationen udgør et målbart udtryk for, hvad der foregår under den røde skorpe. For planetvidenskabere er det en ekstra målestok ved siden af seismik, tyngdekraft og overfladernes geologi. Ved at lægge alle disse data ved siden af hinanden opstår der trin for trin et mere fuldstændigt billede af en planet, der trods alt er langt mindre død, end man ofte har antaget.
For dem der interesserer sig for rumfart og astronomi, giver emnet mulighed for at placere nogle begreber bedre. Et objekts inertimoment udtrykker, hvor svært det er at ændre rotationshastigheden – jo længere masse befinder sig fra rotationsaksen, desto større er inertimomentet. Kappen er det tykke lag bjergart mellem den relativt tynde skorpe og kernen. Inden for kappen kan der – afhængigt af temperatur og sammensætning – forekomme langsomme strømninger, der minder om ekstremt tyktflydende lava. Sådanne processer tager millioner til milliarder af år, men bestemmer i sidste ende en planets ansigt og rytme.
