В течение многих лет исследователи ломали голову над происхождением Фобоса и его близнеца Деймоса. Некоторые предполагали, что луны — это бывшие астероиды, привлеченные гравитацией Марса, поскольку их химический состав похож на состав некоторых пород в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Однако компьютерные модели, имитирующие этот процесс захвата, не смогли воспроизвести почти круговые пути пары вокруг Марса. Другая гипотеза предполагает, что гигантский удар , подобный тому, который создал нашу Луну, вытолкнул дуэт из Красной планеты; однако у Фобоса иной химический состав, чем у Марса, что делает этот сценарий маловероятным.
Последняя версия: согласно новому предварительному исследованию, основанному на ранее неопубликованных фотографиях, спутник Марса Фобос на самом деле может быть кометой (или, по крайней мере, ее частью), которая была захвачена гравитацией Красной планеты много лет назад.
Выяснить, как именно родился Фобос, — одна из целей миссии Японского аэрокосмического агентства по исследованию Марса (MMX), запуск которой запланирован на 2026 год. Соня Форнасьер, профессор астрономии в Университете Париж-Сите и ведущий автор нового исследования, является научным сотрудником по приборам для миссии MMX. Пока она и другие ученые анализировали изображения, чтобы точно настроить запланированный путь космического корабля, Форнасьер наткнулась на неопубликованные фотографии.
Крупный план Фобоса. Кратер Стикни — большая вмятина, видимая в правом нижнем углу. NASA/JPL-Caltech/Университет Аризоны
Эти 300 с лишним снимков, сделанных камерами высокого разрешения на борту космического аппарата Mars Express, орбитального аппарата Европейского космического агентства (ESA), изучающего Марс и его спутники с 2003 года, прекрасно документируют особенности Фобоса. В их число входит кратер Стикни шириной 9 километров (шириной 5,6 мили), крупнейшая достопримечательность Фобоса.
Форнасьер и ее коллеги использовали снимки для анализа интенсивности солнечного света, отраженного Фобосом под разными углами. Эта техника, называемая фотометрией, позволила им определить, сколько света отражал Фобос, когда солнце находилось прямо перед ним или под смещенным углом.
Исследователи обнаружили, что поверхность Фобоса не отражала свет равномерно. Некоторые регионы, такие как северо-восточный край кратера, имели высокую отражательную способность. Но анализ команды также показал, что в целом поверхность Фобоса казалась заметно ярче, когда солнце находилось прямо над головой. Это явление, называемое оппозиционным всплеском, характерно для многих безвоздушных объектов солнечной системы. Кроме того, исследователи обнаружили, что поверхность Фобоса была пористой, как песок. Это привело команду к предположению, что поверхность луны может быть скрыта толстым слоем пыли с бороздчатыми частицами, тени которых исчезали при прямом освещении.
Марс и его две луны, Фобос и Деймос. NASA/JPL/University of Arizona
Оба эти свойства также являются особенностями комет семейства Юпитера, которые являются кометами, чьи орбиты гравитационно изменены Юпитером. К ним относится «резиновая уточка» комета 67P, которую миссия Rosetta Европейского космического агентства изучала вблизи в 2016 году. Фактически, фотометрические свойства Фобоса почти идеально соответствовали свойствам кометы 67P. Таким образом, команда пришла к выводу, что Фобос, возможно, был кометой, захваченной Марсом.
Результаты исследования также имеют значение для Деймоса. Форнасьер отметила, что если Фобос когда-то был кометой, то Деймос тоже мог быть ею. Фактически, основываясь на исследовании, ее команда предполагает, что эти две луны когда-то могли быть объединены в одну двудольную комету, которая была захвачена и в конечном итоге разорвана гравитацией Марса. Другими словами, близнецы-луны Марса на самом деле могут быть двумя половинками одного целого.
«Если марсианские спутники действительно являются захваченными кометами, это означает, что кометы могут быть захвачены также теллурическими, земными, планетами», — добавила Форнасьер. Она сказала, что некоторые луны газовых гигантов, таких как Сатурн, вероятно, произошли из пояса Койпера, области в форме пончика, которая охватывает Солнечную систему и из которой возникают многие кометы. Однако астрономы до сих пор не идентифицировали «кометную луну» для планет земной группы, что делает Фобос потенциальным первым.
Тем не менее, интерпретация кометы тоже имеет проблемы. Некоторые фотометрические параметры, такие как доля рассеянного света, не соответствуют параметрам комет. В любом случае, сказал Форнасье, динамическое моделирование, которое учитывает движение небесных объектов, включая Марс и Фобос, поможет команде определить вероятность такого захвата кометой. Однако в конечном итоге программа MMX, которая физически возьмет образцы фрагментов Фобоса, вероятно, является лучшей надеждой на разрешение темного происхождения этой загадочной луны.
Версия 2021 года: спутники Марса, Фобос и Деймос, могли возникнуть из остатков более крупного спутника, который когда-то вращался вокруг Красной планеты.
Хотя их деформированные формы и кратерированные поверхности предполагали, что они были астероидами, захваченными гравитационным притяжением Марса, предыдущие исследования подвергали этот сценарий сомнению из-за почти круговых орбит лун вокруг экватора Красной планеты. Если бы эти луны действительно были захваченными астероидами, компьютерное моделирование показало, что у них, вероятно, были бы более нерегулярные орбиты, сообщает журнал Nature Astronomy.
Таким образом, исследователи также предложили еще одну идею: Фобос и Деймос могли образоваться из диска из камня и пыли, который, возможно, когда-то вращался вокруг новорожденного Марса. Однако этот сценарий сталкивается с рядом собственных проблем.
Например, для того, чтобы сформировать две луны таких размеров и расстояний от Марса, предыдущие исследования предполагали, что необходим большой, массивный диск. При наличии такого диска образование «одной более крупной луны гораздо более вероятно, подобной луне Земли», — сообщил ведущий автор исследования Амирхосейн Багери, исследователь планетологии в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе.
Кроме того, предыдущие исследования предполагали, что такой диск, формирующий луну, вероятно, возник в результате космического удара, который также создал гигантский бассейн Бореалис в северных низменностях Марса, который охватывает две пятых поверхности Красной планеты. Однако Багери отметил, что удар, который сформировал этот бассейн, как полагают, произошел на самых ранних стадиях формирования Солнечной системы. Если Фобос был таким старым, то, основываясь на том, что исследователи знают о его орбите, «он должен был уже упасть на Марс, и мы не смогли бы увидеть его в наши дни», отметил он.
Фобос и Деймос, спутники Марса, были замечены орбитальным аппаратом Mars Odyssey в 2018 году. Новое исследование предполагает, что спутники являются остатками более крупного разрушенного марсианского спутника. NASA/JPL-Caltech/ASU/SSI
Также Багери и его коллеги выдвинули новую теорию — что Фобос и Деймос произошли от остатков разрушенной луны.
Ученые проанализировали последние данные о Марсе, Фобосе и Деймосе, включая марсианские сейсмические данные с посадочного модуля InSight НАСА, чтобы увидеть, как эти тела могли эволюционировать с течением времени. Они обнаружили, что орбиты лун могли пересечься совсем недавно, от 1 миллиарда до 2,7 миллиарда лет назад, что предполагает, что их прародителем была более крупная луна, которая распалась, вероятно, из-за гигантского удара.
«Я нахожу идею о том, что у Марса когда-то был более крупный спутник, в который врезался один из многочисленных объектов, летевших к нему, весьма захватывающей и удивительной», — сказал Багери.
Оставшиеся обломки от этого удара могли пролиться дождем на Красную планету. «Поверхность Марса усеяна ударными кратерами, и многие из них, по оценкам, имеют возраст в пределах временного периода, который мы вычисляем для события разрушения более ранней луны», — сказал Багери.
Ученые отметили, что в то время как Деймос очень медленно удаляется от Марса, Фобос продолжает двигаться по спирали к Красной планете. Они предположили, что он, скорее всего, либо столкнется с Марсом, либо будет разорван его гравитационным притяжением через 39 миллионов лет.
Багери сказал, что будущие исследования могут узнать больше об этой теоретической луне, более внимательно изучив Фобос и Деймос. Он отметил, что новые идеи могут быть получены в ходе предстоящей миссии по исследованию марсианских лун от японского космического агентства, которая направлена на сбор образцов с Фобоса.
Версия 2018 года: Фобос и Деймос образовались в результате гигантского столкновения с самим Марсом, что имеет огромный смысл, учитывая их орбитальные пути. Но это объяснение не совсем подходит: обе эти крошечные луны кажутся невероятно темными, как определенный класс богатых углеродом астероидов, что предполагает, что они родились в поясе астероидов, пролетели слишком близко к Марсу и попали в ловушку гравитации планеты. Фобос имеет ширину около 14 миль (22 км), а Деймос — 8 миль (13 км).
«Для меня было забавно проверить некоторые из существующих идей, используя старый набор данных, который использовался недостаточно», — сказал ведущий автор Тим Глотч, геолог из Университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке, в заявлении, опубликованном Американским геофизическим союзом, который издает журнал, опубликовавший новое исследование, сообщает журнал Journal of Geophysical Research: Planets.
Этот старый набор данных был собран в 1998 году аппаратом NASA Mars Global Surveyor, который измерил тепловой след Фобоса, большего из двух марсианских спутников. Глотч и его коллеги сравнили эти данные с данными из ряда земных пород и крошечного куска метеорита, собранного около озера Тагиш на западе Канады. Ученые полагают, что этот метеорит откололся от астероида того же типа, который, как предполагается, сформировал спутники.
Фобос — крупнейший из двух малых спутников Марса, на нем видны следы тысячелетий небольших столкновений. NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Но оказалось, что старые данные о Фобосе не очень хорошо соответствовали метеориту Тагиш. «На самом деле, то, что больше всего соответствует Фобосу, или по крайней мере одна из особенностей в спектре, — это измельченный базальт, который является распространенной вулканической породой, и из него состоит большая часть марсианской коры », — сказал Глотч в своем заявлении.
«Это заставляет нас думать, что, возможно, Фобос может быть остатком удара, который произошел на ранней стадии марсианской истории», — сказал он. Этот старый марсианский материал мог смешаться с другим материалом удара.
Если исследовательская группа окажется права, то это понимание устранит предполагаемый изъян в теории гигантского удара о формировании марсианской луны. И, что достаточно удобно, ученым, возможно, не придется выуживать больше данных десятилетней давности, чтобы ответить на этот вопрос.
Европейский космический аппарат Mars Express в 2022 году заглянул в недра марсианского спутника Фобоса глубже, чем когда-либо прежде, и обнаружил следы неизвестных структур, которые могут быть ключом к разгадке происхождения спутника.
Mars Express, космический аппарат, находящийся на орбите Марса на тот момент уже 19 лет, 22 сентября 2022 года приблизился к Фобосу на расстояние 51,6 мили (83 километра) и смог провести зондирование под поверхностью спутника с помощью обновленного программного обеспечения на своем приборе MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding).
Понимание внутренней структуры Фобоса может стать ключом к разгадке тайны его происхождения. «Мы все еще находимся на ранней стадии нашего анализа, но мы уже увидели возможные признаки ранее неизвестных особенностей под поверхностью луны», — сказал Андреа Чикетти, который является членом научной группы MARSIS в INAF, Итальянском национальном институте астрофизики, в своем заявлении .
Крупный план марсианского спутника Фобоса. ESA/DLR/FU Berlin
У Марса есть две луны, названные Фобос и Деймос в честь богов «страха» и «паники» в греческой мифологии. В отличие от основных лун нашей солнечной системы, Фобос и Деймос крошечные, всего 16,7 миль (27 километров) и 9,3 миль (15 километров) в поперечнике соответственно. Они имеют состав, аналогичный углеродистым астероидам C-типа, и также имеют неправильную форму, как астероиды, что привело к подозрению, что на самом деле они являются астероидами-изгоями, захваченными гравитацией Марса. Однако орбиты Фобоса и Деймоса вокруг красной планеты проходят над экватором Марса, и обе орбиты чрезвычайно круговые, что предполагает, что они сформировались вокруг Марса. Если бы они были захвачены, то, как ожидается, они имели бы более эллиптические орбиты в разных плоскостях.
«Являются ли два небольших спутника Марса захваченными астероидами или состоят из материала, оторванного от Марса во время столкновения, остается открытым вопросом», — сказал в том же заявлении Колин Уилсон, ученый, работающий в миссии Mars Express Европейского космического агентства .
MARSIS включает в себя 40-метровую антенну, излучающую низкочастотные радиоволны вниз к поверхности. Большая часть радиоволн отражается непосредственно от поверхности, но некоторые проникают глубже, где они сталкиваются с переходами между слоями разного состава и структуры и отражаются обратно этими границами. Чем сильнее отражение в полученной «радарограмме», тем ярче возвращающийся радиосигнал.
Радарограмма с узкой дорожки на Фобосе показывает яркую линию, разделенную на две и обозначенную A–C и D–F соответственно. Участок A–C был захвачен с помощью старого программного обеспечения MARSIS для сравнения с D–F, которое использует новое программное обеспечение и показывает гораздо больше деталей. Основная яркая линия — это отражение от поверхности Фобоса, но под ней есть доказательства более слабых линий, которые могут быть просто помехами или «помехами» от особенностей на поверхности, но они также могут быть вызваны структурами под поверхностью.
«Радарограмма», полученная MARSIS во время пролета Фобоса 23 сентября 2022 года. На радарограмме видны «эхо», возникающие, когда радиосигнал, излучаемый MARSIS, отражается от чего-либо и возвращается к прибору. INAF – Национальный институт астрофизики
MARSIS был разработан для исследования недр Марса с орбитального расстояния более 155 миль (250 километров), но обновление программного обеспечения позволило MARSIS работать на гораздо более близких расстояниях и использовать его во время близких пролетов мимо лун.
Еще большее сближение с Фобосом позволит получить радарограммы с еще большим разрешением, чем достигнутое здесь. План на ближайшие несколько лет заключается в том, чтобы использовать MARSIS на расстоянии до 40 километров (24,9 миль) от Фобоса.
«Орбита Mars Express была точно настроена, чтобы мы могли максимально приблизиться к Фобосу в течение нескольких пролетов между 2023 и 2025 годами», — сказал Чиккетти.
Mars Express — не единственная миссия, направленная на Фобос. В сентябре 2024 года Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) планирует запустить космический аппарат Martian Moon eXploration (MMX). Подобно миссии JAXA Hayabusa2 по извлечению образцов с околоземного астероида Рюгу, MMX соберет не менее 10 граммов реголита с поверхности Фобоса. MMX также отправит на поверхность небольшой марсоход, прежде чем отправиться на разведку второго спутника Марса, Деймоса, а затем вернется на Землю с драгоценными образцами Фобоса, которые будут проанализированы в научных лабораториях на Земле.