«Обреченная луна Марса»: зачем на Фобос отправляют новую миссию

Как открыли Фобос?

В начале XVII века немецкий астроном Иоганн Кеплер предположил, что у Марса могут находиться две луны. Теория ученого основывалась на том, что Красная планета находится между Землей и Юпитером. На тот момент было известно, что у нашей планеты есть один спутник, а у Юпитера — четыре. Для наблюдения были доступны лишь Европа, Ганимед, Каллисто и Ио. На 2019 год уже известны 79 спутников Юпитера. Кроме того, у газового гиганта есть своя система колец.

Итак, несмотря на теорию о том, что у Марса должны быть свои луны, как и у его соседей, никаких свидетельств их существования найти не удавалось. И все же американский астроном Асаф Холл провел методическое исследование в Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, округ Колумбия. Он искал спутники ближе к планете, чем предыдущие исследователи. Однако его поиски были безуспешными.

Разочарованный Холл уже собирался сдаться, но его жена Анджелина настояла на том, чтобы она продолжил наблюдения. Уже следующей ночью, 12 августа 1877 года, он обнаружил луну, которая позже будет известна как Деймос. Шесть дней спустя он обнаружил и Фобос. Две луны находились так близко к планете, что были скрыты сиянием Марса. Размером с астероид, они также являются двумя самыми маленькими спутниками в Солнечной системе. Причем более крупный Фобос в 7,24 раза массивнее Деймоса.

Чем он интересен?

В греческой мифологии Фобос был одним из сыновей бога войны Ареса (Марса — в римской), его брата звали Деймос. Сыновья-близнецы сопровождали отца в битвах. Деймос означает «ужас» или «паника» (особенно в контексте бегства с поля боя), а Фобос — «страх» (отсюда и слово «фобия»).

У Фобоса почти круговая экваториальная орбита. Он вращается каждые 7 часов 39 минут на высоте 5 989 км над поверхностью Марса. Орбитальный период Фобоса в три раза быстрее, чем вращения Марса. Спутник слишком легкий для гравитации, поэтому его форма не сферическая. Он весь покрыт буграми и кратерами.

Доминантой на Фобосе является большой ударный кратер Стикни (Stickney) — диаметром около 9,5 км. Он назван в честь девичей фамилии жены Асафа Холла. 

Кстати, несколько исследований Фобоса и его спутника выявили не только их причудливые несферические формы.

После наблюдения за этой парой лун ученые пришли к выводу, что они созданы из материала, аналогичного углеродистым хондритам I или II типа. Именно из него состоят астероиды и карликовые планеты. В итоге некоторые ученые пришли к выводу, что Фобос и Деймос появились из пояса астероидов, когда гравитация Юпитера миллиарды лет назад подтолкнула их на орбиту Марса.

Однако астрономы не уверены, именно оттуда появились луны Марса. У обеих почти круговая орбита, что очень необычно для захваченных гравитацией планеты объектов. Кроме того, эти луны не такие плотные, как объекты в поясе астероидов.

Возможно, Фобос и Деймос сформировались из пыли и камней с орбиты Марса, соединенных вместе под действием силы тяжести.

Орбита Фобоса уменьшается на 1,8 см в год. В течение 50–100 миллионов лет луна либо столкнется со своей родительской планетой, либо будет разорвана на щебень и рассеяна кольцом вокруг Марса. Мрачное будущее Фобоса закрепило за ним прозвище «обреченная луна Марса».

Как Фобос изучался ранее?

По мере новых и новых исследований ученые смогли узнать больше о спутниках, вращающихся вокруг Марса. Орбитальные аппараты «Викинг» пролетели мимо них в конце 1970-х годов. Советская миссия «Фобос-2», программа NASA Mars Global Surveyor и европейский Mars Express — все это дало больше подсказок о двух любопытных лунах. Миссии Spirit, Opportunity и Curiosity обеспечивали изображения спутников с поверхности Марса. 

В 2011 году Россия попыталась отправить миссию на марсианский спутник под названием «Фобос-Грунт», который должен был вернуться на Землю в 2014 году с небольшим образцом луны. Однако космический корабль остался на околоземной орбите из-за технических неполадок. В итоге спутник упал на Землю в начале 2012 года в Тихий океан.

Зачем нужна новая миссия?

Квентин Ненон (Quentin Nénon) из Лаборатории космических наук Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги полагают, что в верхних слоях реголита, покрывающего марсианский спутник Фобос, могли накапливаться ионы кислорода, аргона, углерода и азота, которые в течение миллиардов лет покидали атмосферу Марса.

Чтобы прийти к такому выводу, команда Ненона проанализировала данные космического корабля НАСА MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN, «Атмосфера Марса и летучая эволюция»). MAVEN собирает данные с орбиты Марса более шести лет, чтобы помочь ученым выяснить, как планета потеряла свою атмосферу, и предоставить другие важные научные данные об эволюции климата планеты. Поскольку космический корабль пересекал орбиту Фобоса примерно пять раз за один земной день, когда он кружил вокруг Марса во время своей основной миссии, ученые решили использовать измерения MAVEN, чтобы узнать что-то о Фобосе. Тем более, что это цель новой предстоящей миссии, которую планируют в Японии. 

Японское агентство аэрокосмических исследований готовится отправить зонд Martian Moons Exploration (MMX) на Фобос в 2024 году, чтобы впервые собрать образцы с его поверхности и доставить их на Землю. Ученые полагает, что эти образцы будут наиболее информативны, если MMX приземлится на той стороне Фобоса, которая обращена к Марсу. В течение по крайней мере последних десяти миллионов лет Фобос находится в состоянии спин-орбитального резонанса, то есть всегда обращен к Марсу одним своим полушарием. Поэтому ионы газов из марсианской атмосферы всё это время выпадали на одну и ту же сторону Фобоса.

Чтобы оценить их возможное количество, исследователи проанализировали данные, собранные анализатором сверхгорячего и горячего ионного состава (STATIC), на борту орбитального аппарата MAVEN. Они обнаружили, что самый верхний слой поверхности ближней к Марсу стороны Фобоса подвергается воздействию марсианских ионов в 20–100 раз больше, чем его противоположная сторона. 

Японское аэрокосмическое агентство (JAXA) готовит миссию Martian Moons eXploration (исследование марсианских спутников, MMX). Само собой, миссия будет сфокусирована на марсианских лунах. Космический аппарат будет выполнять дистанционное зондирование крупным планом и наблюдения на месте обеих лун, а также собирать образцы с одной из них, чтобы доставить их на Землю. Планируется, что миссия будет наблюдать две луны Марса, Фобос и Деймос, и вернется на Землю с образцом, взятым с одной из этих лун. 

Миссия MMX нацелена на запуск зонда в начале 2020-х годов, и сейчас проводятся исследования и разработки. Ориентировочная дата запуска — 2024 год. Зонд выйдет на квази-спутниковую орбиту (QSO) марсианских лун, а затем будет наблюдать за ними и собирать образцы. Сейчас изучается возможный сценарий возвращения зонда на Землю с его образцами после того, как зонд завершит свои наблюдения и сбор.

Есть надежда, что эти исследования и разработки приведут к усовершенствованию технологий, необходимых для будущих планетных и лунных зондов, к оптимальным коммуникационным технологиям с использованием новых наземных станций зондов, передовой технологии отбора проб с поверхности астрономических объектов и к технологиям для путешествий между Марсом и Землей.

Миссия также поможет выяснить процесс эволюции Марса и получить ключ к пониманию тайн образования планет в этой области Солнечной системы.

Кроме того, НАСА рассматривает возможность осуществления миссии Phobos Surveyor, в рамках которой на поверхность Луны будут отправлены небольшие зонды. Миссия финансируется в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts — института передовых концепций НАСА. Она создана для разработки далеко идущих, долгосрочных передовых и совершенно новых аэрокосмических концепций.

Читать далее

Посмотрите на изображение Марса из 8 триллионов пикселей

Ученые вывели замену для теории относительности. В чем суть «теории всего»?

Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят