Vrnitev ure nazaj na skrivnostni par marsovih lun Fobos in Deimos daje raziskovalcem vpogled v njihov možen izvor.
Nedavna študija ponuja ključne namige o možni 'zgodbi o izvoru' dveh majhnih lun Marsa, Deimosa in Fobosa.
Sodobna astronomija nam ponuja posnetek, pogled na sedanje stanje v osončju ... toda kakšne so bile stvari v daljni preteklosti? Obstoj dveh drobnih lun, ki jih vidimo v orbiti Marsa, predstavlja posebno dilemo za astronome. Od blizu sta Fobos in Deimos podobna drobnim, deformiranim ujetim asteroidom… toda kako sta prišla v urejene, urejene orbite, ki jih vidimo danes?
Fobos (velika luna) in Deimos, ki jih je skupaj ujela ESA-in Mars Express Orbiter. Kredit : ESA / DLR / FU Berlin
TO nova študija ki ga izvajajo Inštitut za geofiziko pri ETH Zürich, Inštitut za fiziko na Univerzi v Zürichu in Pomorski observatorij Združenih držav, objavljen v februarski številki 2021 Narava: astronomija se je pred kratkim lotil tega problema z zanimivimi rezultati.
Orbita Fobosa in Deimosa proti Mars Expressu in MRO. ESA
Nenavadna zgodba o dveh Marsovih lunah
Dve luni Marsa je odkril ameriški astronom Asaph Hall z na novo nameščenim 26-palčnim refraktorjem v ameriškem mornariškem observatoriju med ugodnim nasprotovanjem avgusta 1877.
Že sama prisotnost dveh lun je v preteklih letih sprožila celo nekaj nenavadnih teorij. Matematično nagnjeni teoretiki so trdili, da bi moral Mars imeti dve luni še pred Hallovim odkritjem, kar ustreza eksponentni kadenci Venere (z ničlo), Zemlje (z eno luno) in Jupitra (s štirimi) ... ta trditev se slavno pojavlja v satiri Jonathana Swifta iz leta 1726.Gulliverjeva potovanja, čeprav seveda odkritje Jupitrovega 5thluna Amalthea je leta 1892 prekinila ta izvrsten vzorec in to naključje vrgla v odsek za opombe v astronomski zgodovini.
Toda Fobos in Deimos sta še naprej zajemala polemike vse do 20thstoletja. Ruski astronom Iosif Shklovsky je leta 1958 celo dal nenavadno trditev, da je Fobos umetna vesoljska postaja (!), kar je ponovilo prejšnjo namerno prvoaprilsko potegavščino, ki jo je zagrešil popularizator astronomije Walter Scott Houston, ki trdi isto. Prvi pogled na Phobos od Marinerja 7 leta 1969 in Deimos avtorja Mariner 9 leta 1971 razkrila bolj prozaičen par naravnih vesoljskih kamnin.
22 kilometrov (13,7 milje) širok Fobos je zagotovo edinstven, ko lune gredo: obkroži Mars vsakih 7 ur in 39 minut, le 6000 kilometrov (3700 milj) nad površino Rdečega planeta, veliko bližje kot katera koli druga luna v sončnem sistemu. v primerjavi s svojim primarnim gostiteljem. To tudi pomeni, da za razliko od Deimosa (in naše lastne Lune) Fobos kroži okoli Marsahitrejekot se planet vrti, kar pomeni, da se gledano s površine dejansko dviga vzahoduin sestavi vvzhodu. 12 kilometrov (7,5 milje) širok Deimos je tik nad Marsovo sinhrono orbito in obkroži Mars vsakih 30 ur in 20 minut.
Zgodba o izvoru Marsovih lun
Z leti sta se pojavila dva konkurenčna scenarija, ki pojasnjujeta obstoj para radovednih Marsovih lun:
Možnost 1: Ujeti so asteroidi. Vendar pa to z vidika orbitalne mehanike ni verjetno, saj so takšni dogodki visoko energijski in ne bi ustvarili urejenih in urejenih orbit z nizko eliptičnostjo in nizkim naklonom orbite, kot jih vidimo danes.
Možnost 2: lune so nastale skupaj z Marsom v zgodnji zgodovini sončnega sistema, morda zaradi ene same 'protolune' ali velikanskega udarca na Mars, podobno udarcu, predlaganemu v 'Theia hipotezi', ki je oblikovala Zemljino veliko luno.
'Večina lun je velikih in okroglih predmetov, ne majhnih in nepravilnih oblik kot Fobos in Deimos,' je povedal Amir Khan (Zürich Institute of Geophysics).Vesolje danes. »Zato so Marsove lune prvotno veljale za ujete objekte iz bližnjega asteroidnega pasu. Toda zaradi dinamičnih težav, povezanih z zajetimi predmeti, je ta scenarij padel v nemilost, zaradi česar so bili predstavljeni modeli oblikovanja in situ.
Subtilni vidiki celotne mase lun napovedujejo, kako se bodo njihove orbite razvijale. Sile plime in oseke delujejo na lune skozi čas, vendar skupna energija v sistemu na splošno vedno ostane konstantna v skladu z zakonom o ohranitvi kotnega gibanja.
'Obstaja kritična nadmorska višina, ki se imenuje sinhroni polmer,' je povedal Michael Efroimsky (ameriški pomorski observatorij).Vesolje danes.»Če je luna pod sinhronim polmerom, bodo plimovanje planeta potegnilo luno navzdol. Tako je s Fobosom'
Orbite Fobosa in Deimosa v primerjavi z Rochevo mejo za Mars in sinhrono orbito. Zasluge: Dave Dickinson
Za Mars je sinhroni polmer na višini 17.032 kilometrov (10.583 milj) nad površino planeta. Fobos je precej pod to mejo, pri čemer plimska sila Marsa zaostaja za njim in ga vleče navzdol. Deimos je nad to mejo in plimska sila vodi drobno luno in jo nežno potiska navzven od Marsa. Deimosovo gibanje navzven je majhna 2 milimetra (0,08 palca) na leto, počasneje od lastnih 3,8 centimetra (1,5 palca) naše Lune na leto. Deimos verjetno ne bo pobegnil z Marsa v življenjski dobi našega sončnega sistema.
Raziskovalna skupina je na podlagi posnetka, ki ga vidimo danes, postavila vprašanje, kako bi lahko izgledal sistem Marsove lune v preteklosti. Razvili so matematični model širjenja luninih orbit skozi čas. Vodilni raziskovalec v študiji Amirhossein Bagheri (Inštitut za geofiziko, ETH Zurich) je izvedel na stotine številčnih ogledov evolucije orbit Fobosa in Deimosa nazaj v daljno preteklost.
'Ali je res tako gotovo, da je telo nad sinhronim polmerom obsojeno na odlet, telo pod njim pa na to, da pade nazaj proti planetu?' pravi Efroimsky. Raziskovalci so v simulacijah tekli nazaj na uro in ugotovili, da sta se 'v nekem trenutku v preteklosti sekali Fobosova in Deimosova orbita,' pravi Efroimsky. Študija navaja časovno obdobje pred približno 1 do 2,7 milijarde let, ko bi se orbite lune križale.
'Presečišče orbit pomeni, da so bile lune rojene iz skupnega prednika,' pravi Bagheri. »Starševsko telo je najverjetneje porušil udarec v prej omenjenem časovnem obdobju. Površje Marsa z veliko kraterji kaže, da je planet zadelo veliko takšnih predmetov.
Seveda je določitev tega časa odvisna od poznavanja natančne sestave lun, da bi razumeli učinek, ki ga bodo imele plimske sile nanje sčasoma.
Mnogi, če ne večina asteroidov, ki smo jih videli od blizu, so ohlapni 'kupi ruševin' skal. Vse je odvisno od poroznosti proti gostoti: obe Marsovi luni sta manj kot dvakrat gostejši od vode, kar kaže na to, da sta znotraj zelo ohlapno združeni. Efroimsky pa ugotavlja, da ima Phobos eno veliko dobesedno trditev v prid trajnosti: velik krater Stickney na enem koncu lune. Prvič, ki ga je videl Mariner 9 in poimenovan po dekliškem priimku žene Asapha Halla Chloe Angeline Stickney Hall, tako velik hit pravzaprav ni uspel razbiti Lune.
Fobos, ki ga je posnel orbiter Viking 1 leta 1977. Stickney krater je velik udarni bazen na enem koncu. Zasluge: NASA.
Drugi del sestavljanke podpira tudi izvor udarca Marsa za lune: a študija 2018 , ki navaja Značilnost bazena Borealis na severni polobli Marsa kot možnem mestu starodavnega udarca, ki tvori 'protoluno', pred približno 4,5 milijarde let zelo zgodaj v zgodovini sončnega sistema.
Če bi vedeli, iz česa so sestavljene marsovske lune, bi veliko pripomoglo k poznavanju njihovih usod v daljni prihodnosti. Misije, kot je Mars Express Evropske vesoljske agencije, so posnele obe luni od blizu. Flybys prav tako daje Mars Expressu rahel gravitacijski vlečenje, kar omogoča raziskovalcem, da izboljšajo maso dveh lun. radovednost celo ujel več deformiranih obročastih sončni mrki lun leta 2019, kar omogoča astronomom, da izboljšajo naše razumevanje orbit lune.
Fobos prehaja preko Sončevega diska, kot ga vidimo iz roverja Mars Curiosity. NASA/JPL.
Potujte na Mars 10. novembra 2084 in boste lahko priča tranzitu Zemlje in Lune čez obraz Sonca ... skupaj s 'Fobosovim mrkom':
Nasin Mars InSight je celo 'videni' sončni mrki posledica prehoda Fobosa v majhnih padcih njegovega instrumenta Seizmični eksperiment za notranjo strukturo (SEIS) ... vendar se izkaže, da ti dogodki niso bili posledica padca sončne energije, temveč padca temperature, ki ga je delno povzročila mimohodna luna zakrivanje Sonca ter rahlo ohlajanje in tlačenje tal pod pristajalnikom.
'Da bi izvedli povratno integracijo orbit, moramo vključiti modele notranjih struktur Marsa in njegovih lun,' pravi Khan. 'Tu prideta InSight in Mars Express.' InSight lahko preiskuje notranjost Rdečega planeta tako, da dokumentira 'potrese'. Raziskovalci lahko preučijo tudi notranjo strukturo Marsa in kako se njegova notranja masa deformira in porazdeli s skrbno analizo orbite vesoljskega plovila Mars Express.
Kar bi raziskovalciresrad je, da pošljete pristajalne naprave na eno ali obe luni in vrnete vzorce na Zemljo za nadaljnjo študijo. Rusija je to poskušala storiti z izstrelitvijo misije Phobos-Grunt leta 2011, ki ji zaradi okvarjene zgornje stopnje Fregata ni uspelo zapustiti zemeljske orbite in je 15. januarja 2012 ponovno vstopila v Zemljino atmosfero.
Medtem ko ima Rusija nejasne načrte za poskus nadaljnje misije Phobos-Grunt 2 nekje v prihodnjem desetletju, je lahko Japonska agencija za vesoljsko raziskovanje (JAXA) prva s svojimi Raziskovanje Marsovih lun (MMX) misija za raziskovanje sistema Marsove lune, ki se bo začela leta 2024. Primerjava in primerjava sestave obeh lun bi lahko enkrat za vselej razkrila njuno zgodbo o izvoru.
Predlagana pot za misijo MMX. Kredit: JAXA .
'Analiza tega (vzorca vrnitve) nam bo nato povedala sestavo Fobosa,' pravi Khan. 'Če se izkaže, da je sestava podobna Marsu, potem to kaže na nastanek in situ, če pa je sestava drugačna, bi to namigovalo, da so lune izvirale drugje.'
V daljno prihodnost
In ja, medtem ko se drobni Deimos odmika od Marsa, je Fobos obsojen na trčenje v Rdeči planet čez približno 40 milijonov let. Na planet bi lahko prizadel v enem velikanskem kosu ali pa bi ga sile plimovanja, ki jih izvaja Mars, najprej raztrgale na koščke. Fobos se približuje znotraj Rocheve meje za Mars 5.470 kilometrov (3.400 milj) nad površino planeta, točki, znotraj katere plimske sile s planeta zaradi gravitacije presegajo njegovo notranjo celovitost. Fobos že kaže na svoji površini dolge žlebove, ki dokazujejo obremenitev, s katero se trenutno nahaja. Če je tako, lahko Mars na kratko nosi prstan zaradi uničenja Fobosa za nekaj tisoč let, zaradi česar je morda planet videti opazno drugačen v okularju.
Deimosa in Fobosa lahko celo opazite sami. Dvoletna opozicija za Rdeči planet je najboljši čas za poskus ... vendar bodite opozorjeni: +11,8 magnituda Phobos in +12,9 magnituda Deimos sta zahtevna predmeta, ki jih je treba ujeti, saj se nikoli ne oddaljita od briljantnega -2 magnituda Mars. Najboljša možnost je, da veste, kdaj je določena luna v največji raztezki, in uporabite okular, opremljen z okultno palico, da preprečite pogled briljantnega Marsa.
Neverjetno je pomisliti, da bomo morda kmalu vedeli, od kod izvirajo čudne Marsove lune in kaj jih čaka v daljni prihodnosti.
Kredit za vodilno sliko:Fobos proti Marsu, kot ga vidi orbiter Mars Express Evropske vesoljske agencije. Zasluge: ESA/DLR/Mars Express/Peter Masek
