История происхождения спутников Марса — Фобоса и Деймоса — на протяжении многих лет остается тайной для планетологов. «Хайтек» рассказывает, какие есть версии и почему одна из самых новых оказалась маловероятной.
С самого своего открытия в 1877 году крошечные спутники Марса вызывают множество вопросов у астрономов. Главный из них — история образования таких необычных тел. Неправильная форма и спиральные орбиты (Фобос медленно приближается к Марсу, а Деймос от него удаляется) рождали самые невероятные гипотезы.
Например, советский академик Шкловский в конце 1950-х годах предполагал, что Фобос — это искусственный полый металлический объект. На эту мысль ученого натолкнули странная спиральная орбита спутника и ошибочный расчет его плотности. Эта гипотеза была вскоре опровергнута, но вопрос происхождения марсианских лун остается открытым до сих пор.
Как могли образоваться спутники Марса?
Сейчас существует три основных гипотезы происхождения Фобоса и Деймоса:
- бывшие астероиды;
- осколки Марса, образовавшиеся из-за столкновения с крупной планетезималью;
- вторичный объект, сформировавшийся на орбите из одной луны.
Спутники Красной планеты составляют крошечную часть земной Луны. Диаметр Фобоса — всего 22,7 км, а Деймоса — 12,6 км (для сравнения, диаметр спутника Земли —3,5 тыс. км). Они зафиксированы приливными силами и всегда повернуты к Марсу одной стороной. Но первый вращается по орбите за 7 часов 39 минут, что гораздо быстрее марсианских суток (24 часа 39 минут), из-за чего приливные силы постепенно приближают его к поверхности планеты, а второй, наоборот, вращается дольше (за 30 часов 18 минут) и постепенно удаляется.
Из-за небольшого размера и неправильной формы Фобос и Деймос похожи на астероиды. Кроме того, спектральный анализ светимости спутников Марса также соответствует «простейшим» объектам Солнечной системы. По своим характеристикам они соответствуют отчасти астероидам класса С и в большей степени класса D. Это самые распространенные углеродные астероиды и астероиды с низким альбедо (плохими отражающими свойствами) и красным свечением соответственно.
Неудивительно, что одна из самых первых гипотез происхождения спутников Марса предполагает, что когда-то они были объектами Главного пояса астероидов, которые были выброшены в результате взаимодействия с другими астероидами и захвачены гравитацией Красной планеты.
У этой гипотезы есть только один недостаток: у обеих лун почти идеально круглые орбиты, которые проходят в экваториальной плоскости Марса. При этом ось планеты наклонена к плоскости эклиптики Солнечной системы на 25,2°. Для такой синхронизации требовалось длительное время, которого у спутников могло и не быть.
Вторая теория предполагает, что когда-то Марс был окружен множеством лун размером с Фобос и Деймос, которые были выброшены на орбиту при столкновении Марса с крупной планетезималью. Это один из объектов ранней Солнечной системы, образовавшийся в результате постепенного столкновения слипающихся частиц протопланетного диска. Считается, что именно из-за столкновения Земли с подобным объектом образовалась Луна.
В результате столкновения на орбите Марса могло сформироваться кольцо из выброшенных материалов. При этом внутренняя часть кольца образовала крупный спутник. А гравитационные взаимодействия между ним и внешним кольцом сформировали Фобос и Деймос. Согласно этой гипотезе, позже под действием приливных сил внутренняя луна врезалась в поверхность планеты.
В пользу этой гипотезы говорят предполагаемая высокая пористость и состав Фобоса. Расчетная плотность этого спутника говорит о том, что от 25 до 35% его общего объема составляют пустоты, что несвойственно астероидам. Кроме того, по результатам исследования в тепловом инфракрасном диапазоне ученые пришли к выводу, что его состав содержит в основном филлосиликаты, распространенные на поверхности Марса, но редкие для известных классов астероидов.
Разрывное происхождение
В 2021 году ученые из Высшей технической школы Цюриха и Военно-морской обсерватории США предложили новую гипотезу происхождения спутников Марса. Анализируя сейсмические и орбитальные данные миссии НАСА InSight, планетологи предположили, что спутники Марса могли сформироваться в результате столкновения древней луны Красной планеты с другим объектом. Из-за этого первичный спутник раскололся и образовал новые — Фобос и Деймос.
Согласно этой гипотезе, этот спутник-прародитель был разорван на части от 1 до 2,8 млрд лет назад. Помимо внешнего воздействия, также рассматривалась гипотеза о том, что старый спутник был разорван приливными силами планеты. Вне зависимости от причины, по расчетам ученых, в результате разрушения протоспутника на орбите образовалось кольцо обломков, которое со временем в результате многочисленных столкновений сформировало два отдельных спутника.
Эта идея была основана на наблюдении о том, что в прошлом орбиты Деймоса и Фобоса могли пересекаться. При этом, в отличие от теории, основанной на столкновении Марса с планетезималью, она хорошо объясняет нынешние орбиты двух спутников.
Что показало новое исследование?
Чтобы проверить предложенную гипотезу, ученые из Института космических исследований и астронавтики Японии (ISAS) построили компьютерную модель, в основу которой была заложена теория о том, что Фобос и Деймос когда-то были единым телом. Затем планетологи провели численное моделирование, в котором сочетались геофизические модели и приливная эволюция системы из Марса и спутника.
Исследование показало, что две луны, сформировавшиеся от одного объекта, с вероятностью 90% должны были столкнуться в течение 10 тыс. лет. Причем в процессе такого столкновения оба спутника были бы полностью разрушены на мелкие осколки. В результате вокруг Марса сформировалось бы кольцо, подобное тем, что видны у Сатурна. При этом оно бы сохранилось до наших дней.
Однако многочисленные наблюдения не обнаружили на орбите Марса никаких относительно существенных обломков кроме двух основных спутников. Эта модель ставит под сомнение гипотезу о разрывном происхождении спутников Красной планеты.
Каждая из трех гипотез, предложенных исследователями в разное время, дает частичный ответ на вопрос о процессах, сформировавших спутники на орбите Марса, но ни одна из них полностью не объясняет все наблюдения. Возможно, ученые могли бы больше понять о происхождении двух необычных лун, если бы удалось их исследовать. Но пока миссии на Фобос одна за другой терпят неудачу.
Еще в 1988 году Советский Союз запустил два спутника программы «Фобос», но из-за проблем ни один из них не смог совершить запланированную прыжковую посадку на спутники Марса. Позже в 2011 году российский зонд «Фобос-Грунт» сгорел в атмосфере из-за отказа оборудования после выхода на земную орбиту. При этом разрабатывавшиеся миссии НАСА, Европейского и Канадского космических агентств к спутникам Марса были отклонены.
В середине 2020-х Японское космическое агентство планирует отправить миссию к Фобосу, которая должна будет доставить грунт со спутника. Если ее не постигнут те же неудачи, возможно, ученые все же узнают, как сформировались марсианские луны.
Читать далее:
В России изобрели сплав, который выдержит энергию термоядерного реактора
Крупнейшая миграция в истории Земли затронет все живые организмы на планете
Почти половину случаев рака связали с предотвратимыми факторами риска