Zpětný chod hodin na záhadném páru marťanských měsíců Phobos a Deimos poskytuje výzkumníkům pohled na jejich možný původ.
Nedávná studie poskytuje zásadní vodítka k možnému „příběhu původu“ dvou malých měsíců Marsu, Deimos a Phobos.
Moderní astronomie nám poskytuje snímek, pohled na současnou situaci ve sluneční soustavě... ale jaké byly věci v dávné minulosti? Existence dvou malých měsíců, které jsme viděli obíhající kolem Marsu, představuje pro astronomy zvláštní dilema. Zblízka Phobos a Deimos připomínají malé zdeformované zachycené asteroidy... ale jak se dostaly na úhledné, uklizené oběžné dráhy, které dnes vidíme?
Phobos (velký měsíc) a Deimos společně zachycené sondou ESA Mars Express Orbiter. Kredit : ESA / DLR / FU Berlín
NA nové studium vedená Ústavem geofyziky na ETH Zürich, Fyzikálním institutem na Univerzitě v Zürichu a Námořní observatoří Spojených států publikovaná v únorovém čísle 2021 Příroda: Astronomie nedávno řešil tento problém se zajímavými výsledky.
Dráha Phobos a Deimos versus Mars Express a MRO. ESA
Podivuhodný příběh dvou marťanských měsíců
Dva měsíce Marsu objevil americký astronom Asaph Hall pomocí nově instalovaného 26palcového refraktoru na americké námořní observatoři během příznivé opozice v srpnu 1877.
Samotná přítomnost těchto dvou měsíců dokonce v průběhu let vyvolala některé podivné teorie. Matematicky naklonění teoretici tvrdili, že Mars by měl mít dva měsíce ještě před Hallovým objevem, což odpovídá exponenciální kadenci Venuše (s nulou), Země (s jedním měsícem) a Jupitera (se čtyřmi)… toto tvrzení se skvěle objevuje v satiře Jonathana Swifta z roku 1726.Gulliverovy cesty, i když samozřejmě objev Jupiterovy 5čtMěsíc Amalthea v roce 1892 porušil tento šikovný vzorec a zařadil tuto shodu okolností do sekce poznámek pod čarou astronomické historie.
Ale Phobos a Deimos pokračovali v zachycování kontroverze, až do 20čtstoletí. Ruský astronom Iosif Shklovsky dokonce v roce 1958 učinil bizarní tvrzení, že Phobos je umělá vesmírná stanice (!), což odpovídá dřívějšímu záměrnému aprílovému podvodu spáchanému popularizátorem astronomie Walterem Scottem Houstonem, který tvrdil totéž. Úplně první pohledy na Phobos od Mariner 7 v roce 1969 a Deimos od Marinera 9 v roce 1971 odhalil více prozaicky vypadající pár přírodních vesmírných kamenů.
22 kilometrů (13,7 mil) široký Phobos je určitě jedinečný, pokud jde o měsíce: Mars obíhá jednou za 7 hodin a 39 minut, pouhých 6 000 kilometrů (3 700 mil) nad povrchem Rudé planety, mnohem blíže než kterýkoli jiný měsíc ve sluneční soustavě. oproti svému primárnímu hostiteli. To také znamená, že na rozdíl od Deimosu (a našeho vlastního Měsíce) obíhá Phobos kolem Marsurychlejšínež se planeta otáčí, což znamená, že při pohledu z povrchu ve skutečnosti stoupá vZápada zasadí se dovýchodní. 12 kilometrů (7,5 mil) široký Deimos je těsně nad synchronní oběžnou dráhou Marsu a oběhne Mars jednou za 30 hodin a 20 minut.
Příběh o původu pro měsíce Marsu
V průběhu let se objevily dva konkurenční scénáře vysvětlující existenci dvojice zvědavých marťanských měsíců:
Možnost 1: Jsou to zachycené asteroidy. Z hlediska orbitální mechaniky to však není pravděpodobné, protože takové události mají vysokou energii a nevytvářely by úhledné a uklizené oběžné dráhy s nízkou eliptičností a nízkým sklonem orbity, které dnes vidíme.
Možnost 2: Měsíce vznikly spolu s Marsem v rané fázi historie Sluneční soustavy, možná z jediného ‚protoměsíce‘ nebo obřího dopadu na Mars, podobně jako impaktor navržený v ‚Hypotéze Theia‘, který vytvořil velký měsíc Země.
'Většina měsíců jsou velké a kulaté objekty, nikoli malé a nepravidelného tvaru jako Phobos a Deimos,' řekl Amir Khan (Zürich Institute of Geophysics).Vesmír dnes. „To je důvod, proč byly marťanské měsíce původně považovány za zachycené objekty z blízkého pásu asteroidů. Kvůli dynamickým problémům spojeným se zachycenými objekty však tento scénář upadl v nemilost, v důsledku čehož byly předloženy modely formování in situ.
Jemné aspekty celkových hmotností měsíců předpovídají, jak se budou jejich oběžné dráhy vyvíjet. Slapové síly působí na měsíce v průběhu času, ale celková energie v systému zůstává vždy celkově konstantní, v souladu se zákonem zachování úhlové hybnosti.
'Existuje kritická výška, která se nazývá synchronní poloměr,' řekl Michael Efroimsky (U.S. Naval Observatory).Vesmír dnes.„Pokud je Měsíc pod synchronním poloměrem, příliv a odliv planety stáhne Měsíc dolů. To je případ Phobos“
Dráhy Phobos a Deimos, versus Rocheův limit pro Mars a synchronní dráhu. Kredit: Dave Dickinson
Pro Mars je synchronní poloměr ve výšce 17 032 kilometrů (10 583 mil) nad povrchem planety. Phobos je hluboko pod tímto limitem, přičemž slapová síla Marsu za ním zaostává a táhne ho dolů. Deimos je nad touto hranicí a slapová síla vede malý měsíc a jemně ho tlačí ven z Marsu. Pohyb Deimosu směrem ven je nepatrné 2 milimetry (0,08 palce) za rok, pomalejší než vlastní 3,8 centimetru (1,5 palce) našeho Měsíce za rok. Deimos pravděpodobně během života naší sluneční soustavy z Marsu neuteče.
Výzkumný tým položil otázku, jak mohl systém Marsu vypadat v minulosti, na základě snímku, který dnes vidíme. Vyvinuli matematický model šíření oběžných drah měsíců v průběhu času. Vedoucí výzkumník ve studii Amirhossein Bagheri (Geofyzikální ústav, ETH Zurich) provedl stovky numerických běhů vývoje oběžných drah Phobos a Deimos zpět do daleké minulosti.
'Je opravdu tak jisté, že těleso nad synchronním poloměrem je odsouzeno k odletu a tělo dole je odsouzeno k pádu zpět k planetě?' říká Efroimsky. Při zpětném běhu času v simulacích si vědci uvědomili, že „Někdy v minulosti se oběžné dráhy Phobos a Deimos protnuly,“ říká Efroimsky. Studie uvádí časové období asi před 1 až 2,7 miliardami let, kdy by se oběžné dráhy měsíců zkřížily.
„Křižovatka drah naznačuje, že se měsíce zrodily ze společného předka,“ říká Bagheri. 'Rodičovské tělo bylo s největší pravděpodobností narušeno impaktorem během výše zmíněného časového intervalu.' Povrch Marsu s vysokými krátery naznačuje, že planetu zasáhlo mnoho takových objektů.“
Samozřejmě, že stanovení tohoto času závisí na znalosti přesného složení měsíců, abychom pochopili, jaký vliv na ně budou mít slapové síly v průběhu času.
Mnoho, ne-li většina asteroidů, které jsme viděli zblízka, jsou volné „hromady suti“ kamení. Všechno je to způsobeno pórovitostí versus hustotou: oba měsíce Marsu jsou méně než dvakrát tak husté než voda, což naznačuje, že jsou vnitřně velmi volně poskládané. Efroimsky však poznamenává, že Phobos má jeden velký doslovný zásah ve prospěch odolnosti: velký kráter Stickney na jednom konci Měsíce. Poprvé viděn Mariner 9 a pojmenován po rodném jménu manželky Asapha Halla Chloe Angeline Stickney Hall, tak velký hit ve skutečnosti nedokázal rozbít Měsíc.
Phobos zobrazený orbiterem Viking 1 v roce 1977. Kráter Stickney je velká impaktní pánev na jednom konci. Kredit: NASA.
Další kousek skládačky také podporuje počátek dopadu Marsu na měsíce: a studie 2018 , který cituje Funkce povodí Borealis na severní polokouli Marsu jako možné místo dávného impaktu při formování „protoměsíce“, někdy před 4,5 miliardami let, velmi brzy v historii sluneční soustavy.
Vědět, z čeho jsou marťanské měsíce vyrobeny, by znamenalo dlouhou cestu k poznání jejich příslušných osudů v daleké budoucnosti. Mise, jako je Mars Express Evropské vesmírné agentury, zobrazily oba měsíce zblízka. Průlety také dávají Mars Expressu mírný gravitační tah, což umožňuje výzkumníkům zpřesnit hmotnosti dvou měsíců. Zvědavost dokonce zachytil několik deformovaných prstenců sluneční zatmění měsíců v roce 2019, což astronomům umožní upřesnit naše chápání oběžných drah měsíců.
Phobos tranzituje přes disk Slunce, jak je vidět z roveru Mars Curiosity. NASA/JPL.
Vydejte se na Mars 10. listopadu 2084 a můžete být svědky přechodu Země a Měsíce přes tvář Slunce… spolu se „zatměním Phobosu“:
Mars InSight od NASA má dokonce „viděl“ zatmění Slunce způsobené průletem Phobosu v malých poklesech jeho přístroje Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS)… ale ukazuje se, že tyto události nebyly způsobeny poklesem solární energie, ale poklesem teploty způsobeným částečně procházejícím měsícem zastínění Slunce a mírné ochlazení a stlačení země pod landerem.
„Abychom mohli provést zpětnou integraci drah, musíme zapojit modely vnitřních struktur Marsu a jeho měsíců,“ říká Khan. 'Tam přichází InSight a Mars Express.' InSight může zkoumat vnitřek Rudé planety dokumentováním ‚marsquakes.‘ Výzkumníci mohou také zkoumat vnitřní strukturu Marsu a jak je jeho vnitřní hmota deformována a distribuována pečlivou analýzou oběžné dráhy kosmické lodi Mars Express.
Co by výzkumníciopravdurád posílá landery na jeden nebo oba měsíce a vrací vzorky na Zemi k dalšímu studiu. Rusko se o to pokusilo zahájením mise Phobos-Grunt v roce 2011, která nedokázala opustit oběžnou dráhu Země kvůli vadnému hornímu stupni Fregat a 15. ledna 2012 znovu vstoupila do zemské atmosféry.
Zatímco Rusko má vágní plány pokusit se o následnou misi Phobos-Grunt 2 někdy v nadcházejícím desetiletí, Japonská agentura pro letecký průzkum (JAXA) může být první s jejich Průzkum Mars Moons (MMX) mise k prozkoumání systému marťanských měsíců, start v roce 2024. Porovnání a srovnání složení dvou měsíců by mohlo jednou provždy objasnit jejich původ.
Navrhovaná trajektorie pro misi MMX. Kredit: JAXA .
'Analýza tohoto (ukázkový návrat) nám pak řekne složení Phobosu, ' říká Khan. 'Pokud se ukáže, že složení je podobné Marsu, pak to ukazuje na formaci in situ, zatímco pokud je složení odlišné, naznačuje to, že měsíce mají svůj původ jinde.'
Do daleké budoucnosti
A ano, zatímco maličký Deimos se vzdaluje od Marsu, Phobos je odsouzen k pádu na Rudou planetu asi za 40 milionů let. Mohlo by to dopadnout na planetu v jednom obřím kuse, nebo by ji slapové síly vyvíjené Marsem mohly nejprve roztrhat na kusy. Phobos se blíží v rámci Rocheova limitu pro Mars 5 470 kilometrů (3 400 mil) nad povrchem planety, což je bod, uvnitř kterého slapové síly z planety překračují její vlastní vnitřní integritu v důsledku gravitace. Phobos již na svém povrchu vykazuje dlouhé rýhy, což je důkaz lámavosti, pod kterou se v současnosti nachází. Pokud ano, Mars může na krátkou dobu mít prstenec z výsledné destrukce Phobosu po několik tisíc let, což možná způsobí, že planeta bude v okuláru vypadat znatelně jinak.
Dokonce si můžete všimnout Deimose a Phobos pro sebe. Pololetní opozice pro Rudou planetu je nejlepší čas to vyzkoušet... ale buďte předem varováni: Phobos s magnitudou +11,8 a Deimos s magnitudou +12,9 jsou náročné objekty, které je třeba chytit, protože se nikdy nevzdálí od brilantnosti. -2 magnituda Mars. Nejlepším řešením je vědět, kdy je daný měsíc v největší elongaci, a použít okulár vybavený okultní lištou k zablokování brilantního Marsu ve výhledu.
Je úžasné si pomyslet, že možná brzy budeme vědět, odkud se vzaly podivné měsíce Marsu a co je v daleké budoucnosti čeká.
Kredit hlavního obrázku:Phobos versus Mars, jak je vidí orbiter Mars Express Evropské vesmírné agentury. Kredit: ESA/DLR/Mars Express/Peter Masek
