Фобос и деймос спутники марса: Фобос и Деймос могут быть осколками более крупного спутника Марса, 21 мая 2021

Содержание

Как неизвестный спутник Марса образовал нынешние Фобос и Деймос

Ученые разгадали тайну происхождения спутников Марса, доказав, что их породил удар огромной протопланеты в далеком прошлом. При этом Марс имел третью, крупную луну, которая грохнулась на планету, успев создать сегодняшние спутники.

Похоже, ученые разобрались с загадкой происхождения Фобоса и Деймоса — двух естественных спутников Марса. В течение многих лет форма обоих спутников, напоминающая картофелины, склоняла ученых к тому, что оба нынешние спутника Марса — всего лишь астероиды, захваченные планетой в далеком прошлом. Однако эта гипотеза не могла объяснить то, что орбиты спутников круговые и лежат близко к экваториальной плоскости планеты.

«Для форм жизни, близких к земным, Марс наиболее подходит»

В 100-летний юбилей Иосифа Шкловского «Газета.Ru» поговорила о возможных островах жизни в…

01 июля 20:24

Альтернативное объяснение, предполагающее, что эти луны размером 22 и 12 км каждая рождены в результате удара какого-то тела по Марсу, также вызывало ряд вопросов, к примеру — почему в результате столкновения Марс остался с двумя небольшими спутниками, а не с одной луной, как произошло в случае с Землей.

В статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience, ученые под руководством Паскаля Розенблатта из Королевской обсерватории Бельгии дали убедительный ответ на вопрос, в течение десятилетий волновавший ученых, и пришли к выводу,

что своим рождением эти глыбы действительно обязаны мощному удару.

Понять это помогло компьютерное моделирование того, как менялись орбиты обломков от этого столкновения. Созданная анимация иллюстрирует, как развивались события вокруг Марса после катастрофического удара:

Так называемый Северный полярный бассейн — крупнейший бассейн в северном полушарии Марса. Он занимает около 40% поверхности всей планеты; как предполагается, имеет ударное происхождение и, видимо, образовался в результате катастрофического столкновения Марса с гигантским телом миллиарды лет назад. Форма и размеры бассейна позволяют считать, что он образовался в результате удара тела,

скорее всего, протопланеты размером 2 тыс. км.

Моделирование показало, что в результате этого удара в космос оказались выброшены 10²⁰ кг обломков, образовав кольцо, общая масса которого могла в 10 тыс. раз превышать общую массу Фобоса и Деймоса. Расчеты показывают, что образование спутников внутри диска обломков происходит близко к внутреннему краю диска, где концентрация обломков максимальна, велики скорости их движения, а значит — часты столкновения. Однако образование спутников невозможно внутри определенной области, где преобладает гравитационное влияние планеты — так называемый предел Роша. Это радиус круговой орбиты спутника, на которой приливные силы планеты еще уравновешиваются самогравитацией спутника (в случае Марса — 3 радиуса планеты).

Поэтому самые древние спутники должны образовываться на переднем крае диска чуть дальше предела Роша. Однако в случае с Марсом это слишком близко для того, чтобы орбиты этих спутников оставались стабильными на геологических масштабах времени. Дело в том, что Марс имеет низкую скорость собственного вращения (всего 24,7 часа), поэтому все спутники, вращающиеся внутри так называемого синхронного радиуса (~6 радиусов Марса), вращаются быстрее самой планеты. А это значит, что Марс постепенно тормозит такие спутники, ведь каждый из них вызывает на планете приливные горбы,

Марс порвет Фобос на кольца

Через 20–40 млн лет у планеты Марс появятся кольца, и он станет напоминать Сатурн. Однако он лишится…

24 ноября 14:29

и с каждым витком они раскручивают ее, а сами спутники медленно теряют орбитальный момент и сходят с орбиты.

Это и происходит сегодня с Фобосом — известно, что спутник находится на расстоянии 2,76 радиуса Марса, делает полный оборот всего за 8 часов

и главное — постепенно приближается к планете со скоростью 2 см в год!

Прогнозы для него неутешительны — расчеты показывают, что в следующие 20–40 млн лет Фобос, оказавшись на орбите в 2 радиуса Марса, будет разорван приливными силами и сам создаст кольцо обломков, которые выпадут в районе экватора планеты. В случае с Землей, по-видимому, все происходило с точностью до наоборот. Первые спутники образовались после аналогичного удара также на расстоянии трех радиусов. Однако в связи с тем, что ранняя Земля вращалась вокруг своей оси в пять раз быстрее, чем сейчас, она не сводила с орбиты, а выкидывала единственную Луну дальше от себя.

Проследив эволюцию Фобоса и Деймоса во времени, ученые установили, что оба спутника, скорее всего, образовались вблизи синхронного радиуса (6 R), однако, чтобы объяснить появление Северного полярного бассейна, не хватало третьего тела — крупной, довольно близкой луны (несколько сотен километров в диаметре).

Санкции ударили по лунной программе

Почему из-за санкций пришлось отложить российскую высадку на Луну и чего не нашли на спутнике Земли советские…

07 сентября 09:52

Собственно, эта луна своей гравитацией и породила Фобос и Деймос, слепив их из обломков на двух резонансных орбитах.

Сделав свое «дело», большая третья крупная луна (возможно, у Марса были и другие спутники, но все они сошли с орбиты) упала на планету, потеряв орбитальный момент и образовав упомянутый бассейн.

Существование этой третьей луны в далеком прошлом Марса — ключевой вывод работы ученых. Расчеты показывают, что в результате предполагаемого мегастолкновения половина обломков происходит из вещества планеты, половина — из материала импактора. В настоящее время Фобос уже зашел внутрь предела Роша и ученые видят, что его поверхность пошла трещинами из-за приливного воздействия Марса. Узнать о его составе ученые надеются с помощью предстоящей японской миссии Martian Moons Explorer.

Раскрыта тайна формирования спутников Марса

Опубликовано 4 июля 2016 года в 20:29

9.9K

Like
Love
Haha
Wow
Sad
Angry

Откуда взялись два естественных спутника Марса Фобос и Деймос? В течение долго времени их форма намекала на то, что они являются захваченными астероидами. Однако, их орбиты противоречат этой гипотезе. Два независимых и взаимодополняющих друг друга исследования дают ответ на этот вопрос. Одно из них, принятое к публикации в Astrophysical Journal, исключает захват астероидов и утверждает, что единственным сценарием, согласующимся с характеристиками Фобоса и Деймоса, является гигантское столкновение. Второе, опубликованное в Nature Geoscience, с помощью передового цифрового моделирования показывает, как эти спутники сформировались из обломков гигантского столкновения Марса и протопланеты.

Всего существует три гипотезы происхождения спутников Марса. Первая утверждает, что они являются захваченными астероидами, но главной проблемой этой идеи являются почти круговые и экваториальные орбиты спутников. Согласно второй, к концу своего формирования Марс столкнулся с протопланетой, но почему «мусор», выброшенный в космос от удара, создал два небольших спутника, а не один огромный, подобный Луне? И третья гласит о том, что Фобос и Деймос сформировались вместе с Марсом, что влечет за собой аналогичный состав спутников с Красной планетой, хотя низкая плотность, кажется, противоречит этой гипотезе.

В одном из исследований международная команда ученых из Бельгии, Франции и Японии впервые разработала полностью согласованный сценарий формирования Фобоса и Деймоса, которые были образованы после столкновения Марса с космическим телом размером в 1/3 Красной планеты. По мнению исследователей, обломки этой катастрофы, произошедшей спустя 100 – 800 миллионов лет после начала формирования Марса, образовали очень широкий диск вокруг планеты, состоящий из плотной внутренней части, содержащей материю, и очень тонкой внешней части, содержащей газ. Из плотной части диска сформировался спутник, превосходящий Фобос в тысячу раз. Гравитационное воздействие, созданное этим гигантом во внешнем диске, по-видимому, способствовало формированию других, более мелких и более отдаленных лун Марса. В течение многих тысяч лет на орбите Красной планеты кружили один большой и десятки мелких спутников. Затем, когда диск рассеялся, приливные силы Марса притянули большую часть этих спутников обратно на планету, в том числе и самый массивный. Только два самых отдаленных, Фобос и Деймос, смогли выжить в этой космической карусели.

Хронология событий, которые могли привести к образованию Фобоса и Деймоса. Credit: Antony Trinh / Royal Observatory of Belgium

В связи с разнообразием физических явлений команде ученых пришлось объединить три последовательных моделирования, для того, чтобы учесть физику гигантского столкновения, динамику обломков и их срастание в спутники, а также последующую долгую эволюцию сформировавшихся лун.

Другое исследование, проведенное учеными из лаборатории астрофизики Марсельской обсерватории, исключает возможность захвата спутников, основываясь на композиционном разнообразии пояса астероидов. Кроме того, они показали, что композиция Фобоса и Деймоса, которые состоят из мелкозернистой пыли, несовместима с первичным веществом, сформировавшим Марс. Исходя из этого, наиболее вероятным сценарием опять же является столкновение.

Очень маленький размер зерен на поверхности спутников Красной планеты не может быть объяснен только эрозией в следствии бомбардировки межпланетной пылью. Это означает, что Фобос и Деймос с самого начала состояли из очень мелких зерен, которые могут образоваться только из газа во внешней области диска, а не из крупных обломков во внутренней. Оба исследования сходятся в этом. Кроме того, формирование марсианских лун из очень мелких частиц может объяснить их большую внутреннюю пористость и удивительно низкую плотность.

Изучение происхождения спутников Марса

Фобос (справа) и Деймос (слева), полученные в ходе научного эксперимента по получению изображений высокого разрешения (HiRISE) с помощью Mars Reconnaissance Orbiter. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech/JHU/APL.

Было высказано предположение, что два естественных орбитальных спутника Марса — большая внутренняя луна Фобос и меньшая внешняя луна Деймос — являются захваченными астероидами. Хотя на изображениях этих спутников, сделанных с космических аппаратов, вращающихся вокруг Марса, видны покрытые кратерами поверхности, похожие на те, что видны на типичных астероидах, остается неопределенность в отношении их происхождения. Современные почти круговые орбиты с малым наклонением спутников вокруг Марса трудно объяснить динамически с помощью внешнего захвата, и некоторые ученые предположили, что вместо этого они образовались из обломков, выброшенных на Марс в результате гигантского удара.

Исследователи под руководством Амирхоссейна Багери из ETH Zürich провели исследование динамического моделирования, чтобы получить представление о происхождении и эволюции Фобоса и Деймоса. Багери и его коллеги использовали геофизические и сейсмические данные, а также лабораторные вязкоупругие модели для моделирования приливной эволюции Фобоса и Деймоса. Результаты, основанные на расчетах приливного взаимодействия между каждым спутником и Марсом, позволяют предположить, что орбиты Фобоса и Деймоса пересекались от 1 до 2,7 миллиарда лет назад. Следовательно, Фобос и Деймос могли образоваться в результате распада общего родительского тела, которое уже обращалось вокруг Марса на расстоянии, близком к синхронно-орбитальному расстоянию (место, где период обращения вокруг Марса равен периоду вращения Марса). Модель показывает, что Деймос изначально начал двигаться внутрь, поскольку его эксцентриситет затухал после возможного разрушения родительского тела. Как только его орбита стала почти круговой, но все еще за пределами синхронной орбиты, он начал медленно удаляться от Марса, чтобы достичь своего нынешнего положения. Модель также может объяснить текущее положение Фобоса, который вращается ближе к Марсу, чем любая другая луна к своей планете в Солнечной системе, за счет приливного демпфирования эксцентричной орбиты, которое оставило его внутри синхронно-орбитального расстояния. Фобос продолжит эволюционировать ближе к Марсу. Это может привести к тому, что Фобос в конечном итоге столкнется с Марсом, но, скорее всего, сначала приведет к его собственному разрушению из-за усиления приливов по мере его приближения к Марсу в течение следующих десятков миллионов лет.

На сегодняшний день не было успешных высадок ни на Фобос, ни на Деймос. Миссия Martian Moons Exploration (MMX) Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), запуск которой запланирован на 2024 год, предоставит возможность подробно изучить спутники Марса, в том числе внутренние свойства, которые представляют большой интерес для исследований приливной эволюции. MMX также попытается собрать и вернуть материал с Фобоса на Землю. Лучшее понимание внутренней части и других физических свойств Фобоса и Деймоса (и самого Марса) может, наконец, ответить на вопрос, были ли луны Марса захвачены, образовались в результате гигантского удара или сформировались из родительского тела, которое могло быть образовались вместе с самим Марсом. ПОДРОБНЕЕ

Фобос и Деймос: две луны из одного источника?

Запуск загадочной пары марсианских спутников Фобоса и Деймоса позволяет исследователям понять их возможное происхождение.

Недавнее исследование дает ключ к разгадке возможной «истории происхождения» двух крошечных спутников Марса, Деймоса и Фобоса.

Современная астрономия дает нам снимок, взгляд на нынешнее положение дел в Солнечной системе… но как обстояли дела в далеком прошлом? Существование двух крошечных спутников, вращающихся вокруг Марса, представляет особую дилемму для астрономов. Вблизи Фобос и Деймос напоминают крошечные деформированные захваченные астероиды… но как они попали на аккуратные орбиты, которые мы видим сегодня?

Фобос (большой спутник) и Деймос вместе сняты орбитальным аппаратом ЕКА Mars Express. Авторы и права: ESA/DLR/FU Berlin

Новое исследование, проведенное Институтом геофизики Швейцарской высшей технической школы Цюриха, Физическим институтом Цюрихского университета и Военно-морской обсерваторией США, опубликовано в февральском выпуске журнала Nature: Astronomy за февраль 2021 г. решил эту проблему, с интригующими результатами.

Орбита Фобоса и Деймоса против Mars Express и MRO. ESA

Любопытная история о двух марсианских лунах

Два спутника Марса были открыты американским астрономом Асафом Холлом с помощью недавно установленного 26-дюймового рефрактора в Военно-морской обсерватории США во время благоприятного противостояния в августе 1877 года. диковинные теории на протяжении многих лет. Склонные к математике теоретики утверждали, что у Марса должно быть две луны еще до открытия Холла, что соответствует экспоненциальной каденции Венеры (с нулем), Земли (с одной луной) и Юпитера (с четырьмя)… это утверждение известно в сатире Джонатана Свифта 1726 года9.0011 Путешествия Гулливера , хотя, конечно, открытие в 1892 году спутника Юпитера Амальтеи 5 ^th нарушило эту изящную закономерность, отбросив это совпадение в сноску астрономической истории.

Но Фобос и Деймос продолжали вызывать споры вплоть до 20 ^го века. Русский астроном Иосиф Шкловский даже сделал странное заявление в 1958 году о том, что Фобос был искусственной космической станцией (!), повторяя преднамеренную первоапрельскую мистификацию, устроенную популяризатором астрономии Вальтером Скоттом Хьюстоном, утверждавшим то же самое. Самые первые взгляды на Фобос с Маринера 7 в 1969 и Деймос с борта Mariner 9 в 1971 году обнаружили более прозаически выглядящую пару естественных космических камней.

Фобос шириной 22 километра (13,7 мили), безусловно, уникален с точки зрения спутников: он обращается вокруг Марса каждые 7 часов 39 минут, всего в 6000 километров (3700 миль) над поверхностью Красной планеты, намного ближе, чем любая другая луна в солнечной системы по сравнению с ее основным хозяином. Это также означает, что, в отличие от Деймоса (и нашей Луны), Фобос вращается вокруг Марса быстрее, чем вращается планета на , а это означает, что если смотреть с поверхности, то фактически он поднимается за запад и наборы восток . Деймос шириной 12 километров (7,5 миль) находится чуть выше синхронной орбиты Марса и совершает оборот вокруг Марса каждые 30 часов 20 минут.

История происхождения спутников Марса

За прошедшие годы появилось два конкурирующих сценария, объясняющих существование пары любопытных марсианских спутников:

Вариант 1: Это захваченные астероиды. Однако это маловероятно с точки зрения орбитальной механики, поскольку такие события имеют высокую энергию и не будут давать аккуратные и аккуратные орбиты с низкой эллиптичностью и малым наклонением орбиты, которые мы наблюдаем сегодня.

Вариант 2: Луны образовались вместе с Марсом на раннем этапе истории Солнечной системы, возможно, в результате единственной «протолуны» или гигантского столкновения с Марсом, подобно импактору, предложенному в «Гипотезе Тейи», который сформировал большую Землю. луна.

«Большинство спутников — большие и круглые объекты, а не маленькие и неправильной формы, как Фобос и Деймос», — сказал Амир Хан (Цюрихский институт геофизики) Universe Today . «Вот почему марсианские спутники изначально считались захваченными объектами из близлежащего пояса астероидов. Однако из-за динамических проблем, связанных с захваченными объектами, этот сценарий попал в немилость, в результате чего были выдвинуты модели формирования на месте».

Тонкие аспекты общей массы лун предсказывают, как будут развиваться их орбиты. Приливные силы действуют на спутники с течением времени, но полная энергия в системе в целом всегда остается постоянной в соответствии с законом сохранения углового момента.

«Существует критическая высота, которая называется синхронным радиусом», — сказал Майкл Эфроимски (Военно-морская обсерватория США) Universe Today. «Если Луна находится ниже синхронного радиуса, приливы планеты будут тянуть Луну вниз. Так обстоит дело с Фобосом»

Орбиты Фобоса и Деймоса в сравнении с пределом Роша для Марса и синхронной орбитой. Предоставлено: Дэйв Дикинсон

Для Марса синхронный радиус находится на высоте 17 032 км (10 583 мили) над поверхностью планеты. Фобос находится значительно ниже этого предела, а приливная сила Марса отстает от него и тянет его вниз. Деймос находится выше этого предела, и приливная сила ведет крошечную луну, мягко отталкивая ее от Марса. Движение Деймоса наружу составляет крошечные 2 миллиметра (0,08 дюйма) в год, медленнее, чем собственные 3,8 сантиметра (1,5 дюйма) нашей Луны в год. Деймос, вероятно, не сбежит с Марса за всю жизнь нашей Солнечной системы.

Исследовательская группа поставила вопрос о том, как могла выглядеть марсианская лунная система в прошлом, основываясь на снимке, который мы видим сегодня. Они разработали математическую модель распространения орбит лун во времени. Ведущий исследователь Амирхоссейн Багери (Институт геофизики, ETH Zurich) провел сотни численных прогонов эволюции орбит Фобоса и Деймоса в далеком прошлом.

«Неужели настолько определенно, что тело выше синхронного радиуса обречено улететь, а ниже — упасть обратно к планете?» говорит Ефроимский. В ходе моделирования исследователи поняли, что «в какой-то момент в прошлом орбиты Фобоса и Деймоса пересеклись», — говорит Эфроимский. В исследовании упоминается период времени от 1 до 2,7 миллиарда лет назад, когда орбиты лун пересекались.

«Пересечение орбит означает, что спутники произошли от общего предка», — говорит Багери. «Родительское тело, скорее всего, было разрушено ударником в течение упомянутого ранее промежутка времени. Сильно изрытая кратерами поверхность Марса указывает на то, что планета пострадала от многих таких объектов».

Конечно, определение этого времени зависит от знания точного состава лун, чтобы понять влияние приливных сил на них с течением времени.

Многие, если не большинство астероидов, которые мы видели вблизи, представляют собой рыхлые груды камней. Все дело в зависимости пористости от плотности: оба спутника Марса менее чем в два раза плотнее воды, что позволяет предположить, что они очень слабо собраны внутри. Эфроимски отмечает, однако, что у Фобоса есть один большой буквальный удар в пользу долговечности: большой кратер Стикни на одном конце Луны. Впервые увиденный Mariner 9 и названный в честь девичьей фамилии жены Асафа Холла Хлои Анджелины Стикни Холл, такой большой хит на самом деле не смог разрушить Луну.

Фобос, полученный орбитальным аппаратом «Викинг-1» в 1977 году. Кратер Стикни представляет собой большую ударную впадину на одном конце. Кредит: НАСА.

Еще одна часть головоломки также подтверждает происхождение спутников от столкновения с Марсом: исследование 2018 года, в котором упоминается бассейн Бореалиса в северном полушарии Марса как возможное место древнего удара, сформировавшего «протолуну», где-то около 4,5 миллиарда лет назад, очень рано в истории Солнечной системы.

Знание того, из чего состоят марсианские спутники, поможет узнать их судьбу в далеком будущем. Такие миссии, как Mars Express Европейского космического агентства, сфотографировали обе луны с близкого расстояния. Flybys также дает Mars Express небольшое гравитационное притяжение, что позволяет исследователям уточнить массы двух лун. Curiosity даже заснял несколько деформированных кольцеобразных солнечных затмений лун в 2019 году., что позволяет астрономам уточнить наше понимание орбит лун.

Фобос проходит по диску Солнца, вид с марсохода Curiosity. НАСА/Лаборатория реактивного движения.

Путешествие на Марс 10 ноября 2084 года, и вы можете стать свидетелем прохождения Земли и Луны по диску Солнца… вместе с «затмением Фобоса»:

Mars InSight НАСА даже «видел» солнечные затмения вызвано прохождением Фобоса в крошечных провалах его сейсмического эксперимента по внутренней структуре (SEIS) … но оказывается, что эти события были вызваны не падением солнечной энергии, а падением температуры, вызванным прохождением Луны частично закрывая Солнце и немного охлаждая и вдавливая землю под посадочным модулем.

«Чтобы выполнить обратную интеграцию орбит, нам нужно подключить модели внутренних структур Марса и его спутников», — говорит Хан. «Именно здесь на помощь приходят InSight и Mars Express». InSight может исследовать внутреннюю часть Красной планеты, документируя «марсотрясения». Исследователи также могут исследовать внутреннюю структуру Марса и то, как его внутренняя масса деформируется и распределяется, тщательно анализируя орбиту космического корабля Mars Express.

Что на самом деле сказали бы исследователи хотел бы отправить посадочные модули к одной или обеим лунам и вернуть образцы на Землю для дальнейшего изучения. Россия попыталась сделать это, запустив в 2011 году миссию «Фобос-Грунт», которая не смогла покинуть околоземную орбиту из-за неисправного разгонного блока «Фрегат» и повторно вошла в атмосферу Земли 15 января 2012 года. попытаются осуществить последующую миссию «Фобос-Грунт-2» где-то в следующем десятилетии, Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) может быть первым, с их миссией Mars Moons eXploration (MMX) для исследования марсианской лунной системы, которая стартует в 2024 году. сопоставление состава двух лун может раз и навсегда подтвердить историю их происхождения. 900:03 Предлагаемая траектория миссии MMX. Кредит: ДЖАКСА.

«Анализ этого (возвращенного образца) покажет нам состав Фобоса», — говорит Хан. «Если окажется, что состав подобен Марсу, то это указывает на формирование на месте, тогда как если состав другой, это предполагает, что луны возникли в другом месте».

В далекое будущее

И да, пока крошечный Деймос отдаляется от Марса, Фобос обречен врезаться в Красную планету примерно через 40 миллионов лет. Он может столкнуться с планетой одним гигантским куском, или приливные силы Марса могут сначала разорвать ее в клочья. Фобос приближается к Марсу в пределах предела Роша на высоте 5470 километров (3400 миль) над поверхностью планеты, точки, внутри которой приливные силы от планеты превышают ее собственную внутреннюю целостность из-за гравитации. На поверхности Фобоса уже видны длинные бороздки, свидетельствующие о том, что он в настоящее время подвергается разрушению.