Были ли Фобос и Деймос когда-то единой марсианской луной
Происхождение Фобоса и Деймоса, двух марсианских спутников, было загадкой для астрономов. Эти два тела составляют часть размера и массы Луны, их диаметр составляет всего 22,7 км (14 миль) и 12,6 км (7,83 мили). Оба имеют быстрый орбитальный период: всего 7 часов 39 минут и 12 секунд (Фобос) и 30 часов 18 минут и 43 секунды (Деймос), чтобы завершить оборот вокруг Марса. Оба они также имеют неправильную форму, что заставляет многих предположить, что когда-то они были астероидами, выброшенными из Главного пояса и захваченными гравитацией Марса.
Существует также теория о том, что Фобос и Деймос когда-то были одной луной, столкнувшейся с массивным объектом, в результате чего она раскололась (также известная как «гипотеза расщепления»). В недавней статье международная группа ученых во главе с Институтом космонавтики и астронавтики (ISAS) пересмотрела эту гипотезу. Они определили, что одна луна на синхронной орбите не произвела бы два спутника, как мы видим сегодня. Вместо этого, утверждают они, две луны вскоре столкнулись бы, образовав кольцо обломков, которое создало бы совершенно новую лунную систему.
Статья, описывающая их выводы, недавно появилась в сети и будет опубликована в The Planetary Science Journal. Исследованием руководил доктор Рюки Хёдо, научный сотрудник отдела наук о Солнечной системе в ISAS, входящей в состав Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). К нему присоединились исследователи из Института наук о Земле при Токийском технологическом институте, Института физики Paris Globe при Парижском университете и Группы орбитальной динамики и планет при Государственном университете Сан-Паулу.
Как уже отмечалось, вопрос о том, откуда взялись спутники Марса, в последние годы стал горячей темой для астрономов. Исторически астрономы склонялись к гипотезе захвата, согласно которой Фобос и Деймос когда-то были астероидами D-типа. Это астероиды, состоящие из богатых органикой силикатов, углерода и силикатов, не содержащих воды (безводных), внутри которых может быть водяной лед. Эта гипотеза в значительной степени мотивирована наблюдениями, которые выявили сходство в спектрах между астероидами D-типа и этими спутниками.
С другой стороны, Гипотеза Гигантского Столкновения утверждает, что ударный элемент ударил Марс, создав кольцо обломков вокруг планеты, которое срослось, образовав два объекта из кучи щебня. Это похоже на наиболее широко принятую теорию о том, как система Земля-Луна сформировалась миллиарды лет назад из-за столкновения с объектом размером с Марс по имени Тейя (также называемая гипотезой гигантского столкновения). Совсем недавно было высказано предположение, что Фобос и Деймос могут быть не первоначальными объектами, возникшими в результате захвата или удара, а остатками распавшейся изначальной луны.
Эта теория была названа «гипотезой рециркуляции кольцевых лун», которая была выдвинута в статье 2021 года Амирхоссейном Багери и др. Согласно этой гипотезе, этот спутник-прародитель был разорван на части от 1 до 2,8 миллиарда лет назад либо приливными силами, либо ударом. Образовавшиеся обломки образовали кольцо вокруг Марса, которое в конечном итоге было переработано, чтобы сформировать Фобос и Деймос. Как заметили астрономы, эта модель представляет некоторые проблемы, в том числе тот факт, что на Марсе все еще будет система колец. Как объяснил д-р Хёдо Universe Today по электронной почте, он и его команда отметили, что есть и другие проблемы:
«Изучая приливную эволюцию спутников в прошлом, Багери и др. (2021) нашли решение, согласно которому Фобос и Деймос могли когда-то иметь орбиты, пересекающие друг друга. Это их свидетельство: утверждение, что Фобос и Деймос когда-то были единым Луна, которая была разделена, чтобы сформировать Фобос и Деймос.Обратите внимание, что если вы измените параметры, которые контролируют приливную эволюцию, орбиты Фобоса и Деймоса в прошлом не пересекаются друг с другом.Идея Багери и др. основана на их параметрах, которые привели к пересечению орбиты в прошлом».
Чтобы проверить эту гипотезу, доктор Хиодо и его коллеги начали с предположения, что Фобос и Деймос когда-то были единым телом. Затем они провели численное моделирование, в котором сочетались геофизические модели и модели приливной эволюции системы Марс-спутник. Исходя из этого, сказал доктор Хиодо, они пришли к выводу, что маловероятно, чтобы Фобос и Деймос произошли от одного объекта: «Затем мы рассчитали последовательные орбитальные эволюции лун в прямом приближении трех тел (Марс-Фобос-Деймос), который может точно рассчитать близкие встречи, гравитационные взаимодействия и столкновения между лунами. Мы обнаружили, что две луны, скорее всего, будут ( более >90% случайно) сталкиваются друг с другом в течение очень короткого промежутка времени после разделения (<104 лет).Это столкновение очень разрушительно (т.е. столкновение с высокой скоростью), и, таким образом, два спутника (Фобос и Деймос) катастрофически уничтожаются».
Короче говоря, если бы Фобос и Деймос отделились от одной луны-прародителя (от 1 до 2,7 миллиардов лет назад), они столкнулись бы в течение 100 000 лет. Это оставило бы на Марсе еще одно кольцо обломков, которое все еще было бы там сегодня, а не два его спутника неправильной формы, которые по своему составу напоминают астероиды. Эти результаты возобновили дебаты о том, откуда взялись спутники Марса, а также предполагают, что этот вопрос может быть не решен до тех пор, пока не будут отправлены миссии по возврату образцов для исследования марсианских спутников.
Несколько концепций миссии в настоящее время находятся на столе. В 2008 году Исследовательский центр Гленна НАСА начал изучение возможной миссии по возврату образцов, известной как концепция Холла. Эта концепция класса New Frontiers будет выполнять возврат образцов с Фобоса и Деймоса. В январе 2013 года ученые из Стэндфордского университета, Массачусетского технологического института (MIT) и Лаборатории реактивного движения НАСА начали сотрудничество в рамках новой миссии Phobos Surveyor. Миссия в настоящее время находится на этапах тестирования с потенциальным окном запуска в 2023 и 2033 годах.
В марте 2014 года НАСА предложило миссию класса Discovery под названием Phobos And Deimos & Mars Environment (PADME), которая к 2021 году выведет орбитальный аппарат на орбиту Марса для изучения Фобоса и Деймоса. Рассматривается концепция наследия под названием OSIRIS-REx 2, в которой будут использоваться части первой миссии OSIRIS-REx (миссия по возврату образцов на астероид Бенну) и будет проводиться миссия по возврату образцов с Фобоса и Деймоса. Помимо НАСА, другие космические агентства также надеются отправить автоматические космические корабли для исследования марсианских спутников.
В 2015 году Японское аэрокосмическое исследование (JAXA) представило свою концепцию миссии по возврату образцов на Фобос, известную как «Исследование марсианских лун» (MMX). Эта миссия должна была совершить облет Деймоса, прежде чем несколько раз приземлиться на Фобос для получения образцов — аналогично тому, что миссия Хаябуса-2 сделала на астероиде Рюгу. Эта миссия носит международный характер, в ней участвуют НАСА и ЕКА, и в настоящее время ее запуск запланирован на 2024 год, а через пять лет вернутся образцы на Землю.
Россия планирует повторить свою предыдущую попытку отправить на Фобос миссию по возврату образцов под названием Фобос-Грунт (по-русски «Земля Фобос») в конце 2020-х годов. В 2015 году ЕКА приступило к оценке миссии по возврату образцов на Фобос под названием Phootprint, которую планировалось запустить к 2024 году. Эта миссия изначально задумывалась как совместная работа ЕКА и «Роскосмоса». Из всех этих предложений становится ясно, что несколько космических агентств намерены исследовать луны Марса в ближайшем будущем. Происхождение и последующая эволюция этих спутников считаются частью более широких усилий по исследованию и характеристике Марса. Тем временем дискуссия продолжается.
