Seit Jahren rätseln Forscher über den Ursprung von Phobos und seinem Zwilling Deimos. Einige vermuten, dass es sich bei den Monden um ehemalige Asteroiden handelt, die von der Schwerkraft des Mars angezogen wurden, da ihre chemische Zusammensetzung der einiger Gesteine im Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter ähnelt. Allerdings konnten Computermodelle, die diesen Einfangprozess simulierten, die nahezu kreisförmigen Bahnen des Paares um den Mars nicht reproduzieren. Eine andere Hypothese besagt, dass ein riesiger Einschlag, ähnlich dem, der unseren Mond erschaffen hat, das Duo vom Roten Planeten geschleudert hat; Allerdings hat Phobos eine andere chemische Zusammensetzung als der Mars, was dieses Szenario unwahrscheinlich macht.
Das Neueste: Laut einer neuen vorläufigen Studie, die auf bisher unveröffentlichten Fotos basiert, könnte es sich beim Marsmond Phobos tatsächlich um einen Kometen (oder zumindest um einen Teil davon) handeln, der vor vielen Jahren von der Schwerkraft des Roten Planeten eingefangen wurde.
Genau herauszufinden, wie Phobos geboren wurde, ist eines der Ziele der Mars Exploration Mission (MMX) der Japan Aerospace Agency, deren Start für 2026 geplant ist. Sonia Fornacière, Professorin für Astronomie an der Universität Paris-Cité und Hauptautorin der neuen Studie, ist die Instrumentenwissenschaftlerin der MMX-Mission. Während sie und andere Wissenschaftler die Bilder analysierten, um den geplanten Weg der Raumsonde zu verfeinern, stieß Fornacier auf unveröffentlichte Fotos.
Nahaufnahme von Phobos. Der Stickney-Krater ist eine große Delle, die in der unteren rechten Ecke sichtbar ist. NASA/JPL-Caltech/Universität von Arizona
Diese über 300 Bilder, die von hochauflösenden Kameras an Bord von Mars Express aufgenommen wurden, dem Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der seit 2003 den Mars und seine Monde untersucht, dokumentieren die Merkmale von Phobos auf wunderbare Weise. Dazu gehört der 9 Kilometer breite Stickney-Krater, das größte Merkmal von Phobos.
Fornacier und ihre Kollegen analysierten anhand der Bilder die Intensität des von Phobos reflektierten Sonnenlichts aus verschiedenen Winkeln. Mit dieser als Photometrie bezeichneten Technik konnten sie bestimmen, wie viel Licht Phobos reflektierte, wenn die Sonne direkt davor oder in einem versetzten Winkel stand.
Die Forscher fanden heraus, dass die Oberfläche von Phobos das Licht nicht gleichmäßig reflektierte. Einige Regionen, wie zum Beispiel der nordöstliche Rand des Kraters, waren stark reflektierend. Die Analyse des Teams zeigte aber auch, dass die Oberfläche von Phobos insgesamt deutlich heller erschien, wenn die Sonne direkt über ihnen stand. Dieses als Oppositionsstoß bezeichnete Phänomen ist charakteristisch für viele luftlose Objekte im Sonnensystem. Darüber hinaus entdeckten die Forscher, dass die Oberfläche von Phobos porös war, ähnlich wie Sand. Dies veranlasste das Team zu der Vermutung, dass die Mondoberfläche möglicherweise von einer dicken Staubschicht mit gestreiften Partikeln verdeckt ist, deren Schatten verschwinden, wenn sie direktem Licht ausgesetzt werden.
Mars und seine beiden Monde Phobos und Deimos. NASA/JPL/Universität von Arizona
Beide Eigenschaften sind auch Merkmale von Kometen der Jupiter-Familie, bei denen es sich um Kometen handelt, deren Umlaufbahnen durch Jupiter gravitativ verändert werden. Dazu gehört der Gummiente-Komet 67P, den die Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumorganisation 2016 aus der Nähe untersuchte. Tatsächlich stimmten die photometrischen Eigenschaften von Phobos nahezu perfekt mit denen des Kometen 67P überein. Daraus kam das Team zu dem Schluss, dass es sich bei Phobos möglicherweise um einen vom Mars eingefangenen Kometen handelte.
Die Ergebnisse der Studie haben auch Auswirkungen auf Deimos. Fornacier bemerkte, dass, wenn Phobos einst ein Komet war, Deimos auch einer sein könnte. Tatsächlich vermutet ihr Team auf der Grundlage der Studie, dass diese beiden Monde einst zu einem einzigen zweilappigen Kometen vereint waren, der von der Schwerkraft des Mars eingefangen und schließlich auseinandergerissen wurde. Mit anderen Worten: Die Zwillingsmonde des Mars könnten tatsächlich zwei Hälften eines Ganzen sein.
„Wenn es sich bei den Marsmonden tatsächlich um eingefangene Kometen handelt, bedeutet dies, dass Kometen auch von tellurischen, terrestrischen Planeten eingefangen werden könnten“, fügte Fornacier hinzu. Sie sagte, dass einige Monde von Gasriesen wie dem Saturn wahrscheinlich aus dem Kuipergürtel stammten, der donutförmigen Region, die das Sonnensystem umspannt und aus der viele Kometen stammen. Allerdings müssen Astronomen noch einen „Kometenmond“ für die Erdplaneten identifizieren, was Phobos zu einem potenziellen ersten Stern macht.
Allerdings gibt es auch Probleme bei der Interpretation des Kometen. Einige photometrische Parameter, wie zum Beispiel der Streulichtanteil, entsprechen nicht denen von Kometen. Auf jeden Fall, so Fornacier, werde eine dynamische Modellierung, die die Bewegung von Himmelsobjekten einschließlich Mars und Phobos berücksichtigt, dem Team dabei helfen, die Wahrscheinlichkeit eines solchen Kometeneinfangs zu bestimmen. Letztendlich ist jedoch das MMX-Programm, das Fragmente von Phobos physisch untersuchen wird, wahrscheinlich die beste Hoffnung, die dunklen Ursprünge dieses mysteriösen Mondes aufzuklären.
Version 2021: Die Marsmonde Phobos und Deimos könnten aus den Überresten eines größeren Mondes entstanden sein, der einst den Roten Planeten umkreiste.
Obwohl ihre verzerrten Formen und kraterartigen Oberflächen darauf hindeuteten, dass es sich um Asteroiden handelte, die von der Anziehungskraft des Mars erfasst wurden, hatten frühere Studien dieses Szenario aufgrund der nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen der Monde um den Äquator des Roten Planeten in Frage gestellt. Wenn diese Monde tatsächlich eingefangene Asteroiden wären, hätten Computersimulationen gezeigt, dass sie wahrscheinlich unregelmäßigere Umlaufbahnen hätten, berichtet die Zeitschrift Nature Astronomy.
Deshalb schlugen die Forscher auch eine andere Idee vor: Phobos und Deimos könnten aus einer Scheibe aus Gestein und Staub entstanden sein, die einst möglicherweise den neugeborenen Mars umkreiste. Dieses Szenario bringt jedoch seine eigenen Probleme mit sich.
Um beispielsweise zwei Monde dieser Größe und Entfernung vom Mars zu bilden, deuteten frühere Untersuchungen darauf hin, dass eine große, massive Scheibe erforderlich wäre. Mit einer solchen Scheibe sei die Entstehung „eines größeren Mondes, ähnlich dem Erdmond, viel wahrscheinlicher“, sagte der Hauptautor der Studie, Amirhossein Bagheri, ein Planetenforscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich.
Darüber hinaus deuten frühere Untersuchungen darauf hin, dass eine solche mondbildende Scheibe wahrscheinlich das Ergebnis eines kosmischen Einschlags ist, der auch das riesige Borealis-Becken im nördlichen Tiefland des Mars geschaffen hat, das zwei Fünftel der Oberfläche des Roten Planeten bedeckt. Bagheri stellte jedoch fest, dass der Einschlag, der dieses Becken bildete, vermutlich in den sehr frühen Stadien der Entstehung des Sonnensystems stattgefunden habe. Wenn Phobos so alt wäre, müsste er, basierend auf dem, was Forscher über seine Umlaufbahn wissen, „mittlerweile auf den Mars gefallen sein, und wir könnten ihn heute nicht mehr sehen“, bemerkte er.
Phobos und Deimos, die Monde des Mars, wurden 2018 vom Mars-Odyssey-Orbiter gesichtet. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es sich bei den Monden um Überreste eines größeren zerstörten Marsmondes handelt. NASA/JPL-Caltech/ASU/SSI
Bagheri und seine Kollegen stellten außerdem eine neue Theorie auf – dass Phobos und Deimos aus den Überresten des zerstörten Mondes entstanden seien.
Wissenschaftler analysierten die neuesten Daten zu Mars, Phobos und Deimos, einschließlich seismischer Marsdaten des InSight-Landers der NASA, um herauszufinden, wie sich diese Körper im Laufe der Zeit entwickelt haben könnten. Sie fanden heraus, dass sich die Umlaufbahnen der Monde möglicherweise erst vor 1 bis 2,7 Milliarden Jahren gekreuzt haben, was darauf hindeutet, dass ihr Vorläufer ein größerer Mond war, der wahrscheinlich aufgrund eines riesigen Einschlags zerfiel.
„Ich finde die Vorstellung, dass der Mars einst einen größeren Mond hatte, der von einem der vielen auf ihn zufliegenden Objekte getroffen wurde, ziemlich aufregend und überraschend“, sagte Bagheri.
Die verbleibenden Trümmer dieses Einschlags könnten auf den Roten Planeten herabregnen. „Die Oberfläche des Mars ist mit Einschlagskratern übersät, und es wird geschätzt, dass viele von ihnen innerhalb des Zeitraums gealtert sind, den wir für das Zerstörungsereignis des früheren Mondes berechnet haben“, sagte Bagheri.
Wissenschaftler haben festgestellt, dass sich Deimos sehr langsam vom Mars entfernt, während sich Phobos weiterhin spiralförmig in Richtung des Roten Planeten bewegt. Sie vermuteten, dass es in 39 Millionen Jahren wahrscheinlich entweder mit dem Mars kollidieren oder durch seine Anziehungskraft auseinandergerissen werden würde.
Bagheri sagte, zukünftige Forschungen könnten durch einen genaueren Blick auf Phobos und Deimos mehr über diesen theoretischen Mond erfahren. Er wies darauf hin, dass aus der bevorstehenden Marsmond-Erkundungsmission der japanischen Raumfahrtbehörde, die darauf abzielt, Proben von Phobos zu sammeln, neue Erkenntnisse gewonnen werden könnten.
Version 2018: Phobos und Deimos entstanden durch einen riesigen Einschlag auf dem Mars selbst, was angesichts ihrer Umlaufbahnen sehr sinnvoll ist. Aber diese Erklärung passt nicht ganz: Beide winzigen Monde erscheinen unglaublich dunkel, wie eine bestimmte Klasse kohlenstoffreicher Asteroiden, was darauf hindeutet, dass sie im Asteroidengürtel geboren wurden, zu nahe am Mars flogen und von der Schwerkraft des Planeten gefangen wurden. Phobos ist etwa 22 km breit und Deimos ist 13 km breit.
„Es hat mir Spaß gemacht, einige der bestehenden Ideen anhand eines alten Datensatzes zu testen, der nicht ausreichend genutzt wurde“, sagte Hauptautor Tim Glotch, Geologe an der Stony Brook University in New York, in einer von der American Geophysical Union veröffentlichten Erklärung Die Zeitschrift veröffentlicht, wer die neue Studie veröffentlicht hat, berichtet das Journal of Geophysical Research: Planets.
Dieser alte Datensatz wurde 1998 vom Mars Global Surveyor der NASA gesammelt, der die Wärmesignatur von Phobos, dem größeren der beiden Marsmonde, maß. Glotch und seine Kollegen verglichen diese Daten mit Daten einer Reihe von Erdgesteinen und einem winzigen Meteoritenstück, das in der Nähe des Tagish Lake im Westen Kanadas gesammelt wurde. Wissenschaftler glauben, dass dieser Meteorit von demselben Asteroidentyp abgebrochen ist, von dem angenommen wird, dass er die Monde gebildet hat.
Phobos ist der größte der beiden kleinen Monde des Mars und trägt die Spuren jahrtausendelanger kleiner Einschläge. NASA/JPL-Caltech/Universität von Arizona
Es stellte sich jedoch heraus, dass die alten Daten über Phobos nicht sehr gut mit dem Tagish-Meteoriten übereinstimmten. „Was Phobos oder zumindest eines der Merkmale im Spektrum am meisten entspricht, ist zerkleinerter Basalt, ein gewöhnliches Vulkangestein, aus dem der größte Teil der Marskruste besteht“, sagte Glotch in Ihrer Erklärung.
„Dies lässt uns vermuten, dass Phobos möglicherweise ein Überbleibsel eines Einschlags sein könnte, der sich zu Beginn der Marsgeschichte ereignete“, sagte er. Dieses alte Marsmaterial könnte sich mit anderem Einschlagmaterial vermischt haben.
Wenn das Forschungsteam Recht hat, wird diese Erkenntnis einen vermeintlichen Fehler in der Theorie des Rieseneinschlags zur Entstehung des Marsmondes beseitigen. Und praktischerweise müssen Wissenschaftler möglicherweise nicht noch mehr Daten von vor einem Jahrzehnt ausgraben, um diese Frage zu beantworten.
Die europäische Raumsonde Mars Express blickte 2022 tiefer als je zuvor in die Eingeweide des Marsmondes Phobos und entdeckte Spuren unbekannter Strukturen, die möglicherweise Hinweise auf die Herkunft des Satelliten geben.
Mars Express, eine Raumsonde, die sich nun seit 19 Jahren im Orbit um den Mars befindet, kam am 22. September 2022 bis auf 51,6 Meilen (83 Kilometer) an Phobos heran und konnte mithilfe der aktualisierten Software auf ihrem MARSIS-Instrument (Mars Advanced) die Oberfläche des Mondes erforschen Radar zur Untergrund- und Ionosphärensondierung).
Das Verständnis der inneren Struktur von Phobos könnte der Schlüssel zur Lösung des Geheimnisses seines Ursprungs sein. „Wir befinden uns noch im Anfangsstadium unserer Analyse, aber wir haben bereits mögliche Anzeichen bisher unbekannter Merkmale unter der Mondoberfläche gesehen“, sagte Andrea Cicchetti, Mitglied der MARSIS-Wissenschaftsgruppe am INAF, dem italienischen Nationalinstitut für Astrophysik, in einer Erklärung.
Nahaufnahme des Marsmondes Phobos. ESA/DLR/FU Berlin
Der Mars hat zwei Monde namens Phobos und Deimos, nach den Göttern der „Angst“ und der „Panik“ in der griechischen Mythologie. Im Gegensatz zu den Hauptmonden unseres Sonnensystems sind Phobos und Deimos winzig, nur 16,7 Meilen (27 Kilometer) bzw. 9,3 Meilen (15 Kilometer) im Durchmesser. Sie haben eine ähnliche Zusammensetzung wie kohlenstoffhaltige Asteroiden vom Typ C und sind außerdem unregelmäßig wie Asteroiden geformt, was den Verdacht nahelegt, dass es sich tatsächlich um Schurken-Asteroiden handelt, die von der Schwerkraft des Mars eingefangen werden. Allerdings liegen die Umlaufbahnen von Phobos und Deimos um den Roten Planeten über dem Äquator des Mars, und beide Umlaufbahnen sind extrem kreisförmig, was darauf hindeutet, dass sie sich um den Mars gebildet haben. Wenn sie eingefangen würden, wäre zu erwarten, dass sie in verschiedenen Ebenen mehr elliptische Umlaufbahnen hätten.
„Ob die beiden kleinen Monde des Mars eingefangene Asteroiden sind oder aus Material bestehen, das während der Kollision vom Mars abgerissen wurde, bleibt eine offene Frage“, sagte Colin Wilson, ein Wissenschaftler, der an der Mars-Express-Mission der Europäischen Weltraumorganisation arbeitet, in derselben Erklärung.
Zu MARSIS gehört eine 40-Meter-Antenne, die niederfrequente Radiowellen bis zur Oberfläche abstrahlt. Die meisten Radiowellen werden direkt von der Oberfläche reflektiert, einige dringen jedoch tiefer ein, wo sie auf Übergänge zwischen Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur treffen und von diesen Grenzen zurückreflektiert werden. Je stärker die Reflexion im resultierenden „Radargramm“ ist, desto heller ist das zurückkommende Funksignal.
Das Radargramm vom schmalen Pfad auf Phobos zeigt eine helle Linie, die in zwei Teile geteilt ist und mit A–C bzw. D–F bezeichnet ist. Abschnitt A-C wurde mit der alten MARSIS-Software zum Vergleich mit D-F erfasst, die die neue Software verwendet und viel mehr Details zeigt. Die helle Hauptlinie ist eine Reflexion von der Oberfläche von Phobos, aber darunter gibt es Hinweise auf schwächere Linien, die einfach nur Rauschen oder „Durcheinander“ von Merkmalen auf der Oberfläche sein könnten, aber auch durch Strukturen unter der Oberfläche verursacht werden könnten.
„Radargram“, empfangen von MARSIS während seines Vorbeiflugs an Phobos am 23. September 2022. Das Radargramm zeigt „Echos“, die entstehen, wenn das von MARSIS ausgesendete Funksignal von etwas reflektiert wird und zum Instrument zurückkehrt. INAF – Nationales Institut für Astrophysik
MARSIS wurde entwickelt, um das Innere des Mars aus Umlaufentfernungen von mehr als 155 Meilen (250 Kilometern) zu erkunden, aber ein Software-Update ermöglichte es MARSIS, in viel geringeren Entfernungen zu operieren und bei nahen Vorbeiflügen an den Monden eingesetzt zu werden.
Eine noch nähere Annäherung an Phobos wird es ermöglichen, Radargramme mit noch größerer Auflösung zu erhalten, als dies hier erreicht wurde. Für die nächsten Jahre ist geplant, MARSIS bis zu 40 Kilometer (24,9 Meilen) von Phobos entfernt zu betreiben.
„Die Umlaufbahn von Mars Express wurde fein abgestimmt, um es uns zu ermöglichen, zwischen 2023 und 2025 über mehrere Vorbeiflüge so nah wie möglich an Phobos heranzukommen“, sagte Cicchetti.
Mars Express ist nicht die einzige Mission, die auf Phobos abzielt. Die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) plant den Start der Raumsonde Martian Moon eXploration (MMX) im September 2024. Ähnlich wie die Hayabusa2-Mission von JAXA zur Gewinnung von Proben vom erdnahen Asteroiden Ryugu wird MMX mindestens 10 Gramm Regolith von der Oberfläche von Phobos sammeln. MMX wird außerdem einen kleinen Rover an die Oberfläche schicken, bevor er den zweiten Mond des Mars, Deimos, erkundet und dann mit wertvollen Proben von Phobos zur Erde zurückkehrt, die in wissenschaftlichen Labors auf der Erde analysiert werden.