Czy księżyce Marsa jednak nie są przechwyconymi planetoidami?

Naukowcy z Southwest Research Institute postulują gwałtowne narodziny małych księżyców marsjańskich – Fobosa i Deimosa, aczkolwiek na dużo mniejszą skalą niż zderzenie które oprowadziło do powstania układu Ziemia-Księżyc. W artykule opublikowanym wczoraj w Science Advances wskazują, że do powstania obu księżyców doprowadzić mogło zderzenie proto-Marsa z obiektem o rozmiarach planety karłowatej.

Od dziesięcioleci naukowcy rozważają różne mechanizmy powstania małych księżyców Czerwonej Planety. Pytanie czy są one planetoidami przechwyconymi przez grawitację Marsa czy też powstały one z równikowego dysku odłamków, co najbardziej zgadzałoby się z niemal kołowymi i współplanarnymi orbitami. Powstanie takie dysku wskutek zderzenia z Marsem wydawało się obiecującym pomysłem, ale wcześniejsze modele tego procesu ograniczone były przez niską rozdzielczość numeryczną i zbytnio uproszczone techniki modelowania.

“Nasz model jest pierwszym modelem, który był w stanie zidentyfikować typ zderzenia niezbędny do uformowania się dwóch małych księżyców Marsa” mówi główny autor artykułu dr Robin Canup z SwRI. Canup jest jednym z wiodących naukowców wykorzystujących wielkoskalowe symulacje hydrodynamiczne do modelowania zderzeń o skali planetarnej, włącznie z obecnie uznawanym modelem powstania układu Ziemia-Księżyc.

“Najważniejszym wynikiem nowych badań jest określenie rozmiaru impaktora. Okazało się bowiem, że w tym przypadku nie jest potrzebny jakiś gigantyczny impaktor, a jedynie duży, tzn. o rozmiarach zbliżonych do rozmiarów Westy czy Ceres. Model przewiduje także, że oba księżyce powstały głównie z materii pochodzenia marsjańskiego, zatem materia na ich powierzchni w dużym stopniu powinna być taka sama co na Marsie. Niemniej jednak ogrzewanie wyrzuconego w eksplozji materii oraz niska prędkość ucieczki z Marsa wskazują, że para wodna uciekła w przestrzeń kosmiczną, co oznacza, że księżyce są całkowicie suche jeżeli powstały w takim zderzeniu”.

Najnowszy model Marsa wskazuje na dużo mniejszy impaktor niż rozważano wcześniej. Nasz Księżyc mógł powstać gdy w młodą Ziemię uderzył obiekt o rozmiarach Marsa jakieś 4.5 miliarda lat temu. Średnica Ziemi to ponad 12 756 kilometrów, podczas gdy średnica Marsa to 6749 km. Średnica Księżyca wynosi 3476 km czyli około 1/4 rozmiarów Ziemi.

Choć powstały mniej więcej w tym samym czasie, Deimos i Fobos są bardzo małe – ich średnice to odpowiednio zaledwie 14 i 21 km i krążą one bardzo blisko powierzchni Marsa. Proponowany impaktor, który mógł doprowadzić do powstania  Fobosa i Deimosa mógł mieć rozmiary znajdujące się między średnicą planetoidy Westa – 460 km a średnicą planety karłowatej Ceres – 950 km.

“Wykorzystaliśmy najnowocześniejsze modele do wykazania, że impaktor o rozmiarach między Ceres a Westą może prowadzić do powstania dysku niezbędnego do powstania małych księżyców Marsa” mówi drugi autor artykułu dr Julien Salmon, badacz z SwRI. “Zewnętrzne części dysku połączyły się w Fobosa i Deimosa, a wewnętrzne części połączyły się w większe księżyce, które z czasem po spirali opadły na Marsa. Większe impaktory proponowane wcześniej prowadziły do powstania masywnych dysków i masywniejszych księżyców wewnętrznych, które nie pozwoliłyby na przetrwanie takich małych księżyców jak Fobos i Deimos”.

Symulacja zderzenia z Marsem, które mogło doprowadzić do powstania jego małych księżyców, Fobosa i Deimosa. Źródło: Robin Canup, SwRI

Wyniki badań są niezwykle istotne dla naukowców z japońskiej agencji JAXA pracujących nad misją Mars Moons eXploration (MMX), której start planowany jest na 2024 roku. Sonda MMX odwiedzi oba księżyce marsjańskie, wyląduje na powierzchni Fobosa, zbierze próbki gruntu i przywiezie je na Ziemię w 2029 roku.

“Głównym celem misji MMX jest określenie pochodzenia księżyców Marsa, a model przewidujący ich skład chemiczny w przypadku ich powstania z dysku odłamków jest istotną wskazówką do osiągnięcia tego celu” dodaje Canup.

Źródło: SwRI