Исследование НАСА, проведенное с использованием серии суперкомпьютерных симуляций, раскрывает потенциальное новое решение давней марсианской загадки: как Марс получил свои спутники? Согласно полученным данным, первым шагом могло быть разрушение астероида.
Исследовательская группа, возглавляемая Джейкобом Кегеррайсом (Jacob Kegerreis), научным сотрудником—постдоком Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнийской Кремниевой долине, обнаружила, что астероид, пролетающий вблизи Марса, мог быть разрушен — точнее сказать, "разорван на части" - сильным гравитационным притяжением красной планеты. Статья опубликована в журнале Icarus.
Результаты моделирования, проведенного командой, показывают, что в результате скалистые фрагменты были разбросаны по различным орбитам вокруг Марса. Более половины фрагментов могли покинуть марсианскую систему, но другие остались бы на орбите. В ходе моделирования некоторые из оставшихся фрагментов астероида, притягиваемые гравитацией как Марса, так и Солнца, движутся по траекториям, по которым они сталкиваются друг с другом, и каждое столкновение еще больше измельчает их и разбрасывает все больше обломков.
После многих столкновений более мелкие куски и обломки бывшего астероида могли образоваться в виде диска, окружающего планету. Со временем часть этого материала, вероятно, собралась вместе, возможно, образовав два небольших спутника Марса, Фобос и Деймос.
Чтобы оценить, была ли это реалистичная цепочка событий, исследовательская группа изучила сотни различных симуляций сближения, варьируя размер астероида, его вращение, скорость и расстояние при его самом близком сближении с планетой. Команда использовала свой высокопроизводительный вычислительный код с открытым исходным кодом SWIFT и передовые вычислительные системы Даремского университета в Соединенном Королевстве, чтобы детально изучить как первоначальное разрушение, так и, используя другой код, последующие орбиты обломков.
В своем исследовании исследователи сообщают, что во многих сценариях достаточно фрагментов астероидов, которые выживают и сталкиваются на орбите, чтобы послужить сырьем для формирования спутников.
"Очень интересно исследовать новый вариант формирования Фобоса и Деймоса — единственных спутников в нашей Солнечной системе, которые, помимо Земли, вращаются вокруг скалистой планеты", - сказал Кегеррейс. - Кроме того, эта новая модель дает различные прогнозы о свойствах спутников, которые могут быть проверены на соответствие стандартным представлениям об этом ключевом событии в истории Марса".
Были выдвинуты две гипотезы о формировании спутников Марса. Согласно одной из них, пролетающие астероиды были целиком захвачены гравитацией Марса, что могло бы объяснить их сходство с астероидами. В другой говорится, что в результате гигантского столкновения с планетой было выброшено достаточное количество материала — смеси Марса и обломков ударных элементов — для формирования диска и, в конечном счете, спутников. Ученые полагают, что в результате аналогичного процесса образовалась земная луна.
Последнее объяснение лучше объясняет траектории, по которым движутся спутники сегодня — по почти круговым орбитам, которые точно совпадают с экватором Марса. Однако в результате гигантского столкновения материал попадает в диск, который, в основном, остается вблизи планеты. А спутники Марса, особенно Деймос, находятся довольно далеко от планеты и, вероятно, тоже сформировались там.
"Наша идея позволяет более эффективно распределять лунный материал по внешним областям диска", - сказал Джек Лиссауэр, научный сотрудник Ames и соавтор статьи. "Это означает, что гораздо меньший "родительский" астероид все еще может доставить достаточно материала, чтобы отправить строительные блоки лун в нужное место".
Проверка различных идей о формировании спутников Марса является основной целью предстоящей миссии по возвращению образцов для исследования спутников Марса (MMX), возглавляемой JAXA (Японским агентством аэрокосмических исследований). Космический аппарат проведет обследование обеих лун, чтобы определить их происхождение, и соберет образцы Фобоса, которые доставит на Землю для изучения.
Бортовой прибор НАСА под названием MEGANE — сокращение от "Исследование Марса и Луны с помощью гамма-лучей и нейтронов" — определит химические элементы, из которых состоит Фобос, и поможет выбрать места для сбора образцов. Некоторые образцы будут взяты с помощью пневматического пробоотборника, также предоставленного НАСА в качестве демонстрационного вклада в миссию. Понимание того, из чего состоят спутники, - это один из ключей, который может помочь отличить спутники, имеющие астероидное происхождение, или спутники, созданные планетой плюс ударный элемент.
Прежде чем ученые смогут получить в свои руки фрагмент Фобоса для анализа, Кегеррейс и его команда продолжат с того места, на котором они остановились, продемонстрировав формирование диска, содержащего достаточно материала, чтобы создать Фобос и Деймос.
"Далее мы надеемся использовать этот экспериментальный проект для моделирования и более детального изучения полной хронологии формирования", - сказал Винсент Эке, доцент Института вычислительной космологии Даремского университета и соавтор статьи. "Это позволит нам изучить структуру самого диска и сделать более подробные прогнозы о том, что может обнаружить миссия MMX".
Для Кегеррайса эта работа интересна тем, что она также расширяет наше понимание того, как могут рождаться спутники, даже если окажется, что марсианский спутник сформировался по другому пути. По его словам, моделирование позволяет провести увлекательное исследование возможных последствий столкновений между такими объектами, как астероиды и планеты. Подобные события были обычным явлением в ранней Солнечной системе, и моделирование может помочь исследователям реконструировать историю эволюции нашего космического пространства.
