Η κίνηση του ρολογιού πίσω στο αινιγματικό ζεύγος των φεγγαριών του Άρη Φόβος και Δείμος δίνει στους ερευνητές μια εικόνα για την πιθανή προέλευσή τους.
Μια πρόσφατη μελέτη παρέχει κρίσιμες ενδείξεις για την πιθανή «ιστορία προέλευσης» για τα δύο μικροσκοπικά φεγγάρια του Άρη, τον Δείμο και τον Φόβο.
Η σύγχρονη αστρονομία μας παρέχει ένα στιγμιότυπο, μια ματιά στην παρούσα κατάσταση πραγμάτων σε όλο το ηλιακό σύστημα… αλλά πώς ήταν τα πράγματα στο μακρινό παρελθόν; Η ύπαρξη των δύο μικροσκοπικών φεγγαριών που φαίνονται σε τροχιά γύρω από τον Άρη αποτελεί ένα ιδιαίτερο δίλημμα για τους αστρονόμους. Κοντινό πλάνο, ο Φόβος και ο Δείμος μοιάζουν με μικροσκοπικούς αστεροειδείς που έχουν συλληφθεί... αλλά πώς μπήκαν στις τακτοποιημένες, τακτοποιημένες τροχιές που βλέπουμε σήμερα;
Ο Φόβος (το μεγάλο φεγγάρι) και ο Δείμος συνελήφθησαν μαζί από το Mars Express Orbiter της ESA. Πίστωση : ESA / DLR / FU Βερολίνο
ΠΡΟΣ ΤΟ νέα μελέτη διεξήχθη από το Ινστιτούτο Γεωφυσικής στο ETH Ζυρίχης, το Ινστιτούτο Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης και το Ναυτικό Παρατηρητήριο των Ηνωμένων Πολιτειών που δημοσιεύτηκε στο τεύχος Φεβρουαρίου 2021 του Φύση: Αστρονομία αντιμετώπισε πρόσφατα αυτό το πρόβλημα, με ενδιαφέροντα αποτελέσματα.
Η τροχιά του Φόβου και του Δείμου έναντι του Mars Express και του MRO. ESA
The Curious Tale of Two Martian Moons
Τα δύο φεγγάρια του Άρη ανακαλύφθηκαν από τον Αμερικανό αστρονόμο Asaph Hall χρησιμοποιώντας τον πρόσφατα εγκατεστημένο διαθλαστήρα 26 ιντσών στο Ναυτικό Παρατηρητήριο των ΗΠΑ κατά τη διάρκεια της ευνοϊκής αντίθεσης του Αυγούστου 1877.
Η ίδια η παρουσία των δύο φεγγαριών έχει πυροδοτήσει ακόμη και μερικές περίεργες θεωρίες όλα αυτά τα χρόνια. Οι μαθηματικά κλίνοντες θεωρητικοί ισχυρίστηκαν ότι ο Άρης θα έπρεπε να έχει δύο φεγγάρια ακόμη και πριν την ανακάλυψη του Hall, που ταιριάζουν με τον εκθετικό ρυθμό της Αφροδίτης (με μηδέν), της Γης (με ένα φεγγάρι) και του Δία (με τέσσερα)… αυτός ο ισχυρισμός εμφανίζεται περίφημα στη σάτιρα του Jonathan Swift το 1726Τα ταξίδια του Γκιούλιβερ, αν και φυσικά, η ανακάλυψη του 5 του ΔίαουΗ σελήνη Αμάλθεια το 1892 έσπασε αυτό το κομψό μοτίβο, ρίχνοντας αυτή τη σύμπτωση στο τμήμα υποσημείωσης της αστρονομικής ιστορίας.
Αλλά ο Φόβος και ο Δείμος συνέχισαν να αιχμαλωτίζουν τη διαμάχη, μέχρι τα 20ουαιώνας. Ο Ρώσος αστρονόμος Iosif Shklovsky έκανε ακόμη και τον περίεργο ισχυρισμό το 1958 ότι ο Φόβος ήταν ένας τεχνητός διαστημικός σταθμός (!), απηχώντας μια προηγούμενη εσκεμμένη πρωταπριλιάτικη απάτη που διέπραξε ο εκλαϊκευτής της αστρονομίας Walter Scott Houston που ισχυρίστηκε το ίδιο. Η πρώτη ματιά στο Phobos by Mariner 7 το 1969 και Deimos by Mariner 9 το 1971 αποκάλυψε περισσότερο ένα ζευγάρι φυσικών διαστημικών βράχων με πεζή εμφάνιση.
Ο Φόβος πλάτους 22 χιλιομέτρων (13,7 μίλια) είναι σίγουρα μοναδικός καθώς τα φεγγάρια πηγαίνουν: περιφέρεται γύρω από τον Άρη μία φορά κάθε 7 ώρες και 39 λεπτά, μόλις 6.000 χιλιόμετρα (3.700 μίλια) πάνω από την επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη, πολύ πιο κοντά από οποιοδήποτε άλλο φεγγάρι στο ηλιακό σύστημα έναντι του κύριου ξενιστή του. Αυτό σημαίνει επίσης ότι σε αντίθεση με τον Δείμο (και τη δική μας Σελήνη), ο Φόβος περιφέρεται γύρω από τον Άρηγρηγορότεραπαρά ο πλανήτης περιστρέφεται, που σημαίνει ότι κοιτάζοντας από την επιφάνεια, στην πραγματικότητα ανεβαίνει στοδυτικάκαι θέτει στοΑνατολή. Ο Deimos πλάτους 12 χιλιομέτρων (7,5 μίλια) βρίσκεται ακριβώς πάνω από τη σύγχρονη τροχιά του Άρη και περιφέρεται γύρω από τον Άρη μία φορά κάθε 30 ώρες και 20 λεπτά.
Μια ιστορία προέλευσης για τα φεγγάρια του Άρη
Με τα χρόνια, δύο ανταγωνιστικά σενάρια έχουν προκύψει για να εξηγήσουν την ύπαρξη του ζευγαριού των περίεργων φεγγαριών του Άρη:
Επιλογή 1: Έχουν συλληφθεί αστεροειδείς. Αυτό δεν είναι πιθανό, ωστόσο, από την οπτική της τροχιακής μηχανικής, καθώς τέτοια γεγονότα είναι υψηλής ενέργειας και δεν θα παράγουν τις τακτοποιημένες και τακτοποιημένες τροχιές με χαμηλή ελλειπτικότητα και χαμηλή τροχιακή κλίση που βλέπουμε σήμερα.
Επιλογή 2: Τα φεγγάρια σχηματίστηκαν μαζί με τον Άρη νωρίς στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, πιθανώς από ένα μόνο «πρωτό-φεγγάρι» ή μια γιγάντια πρόσκρουση στον Άρη, παρόμοια με το κρουστικό που προτείνεται στην «Υπόθεση Θείας» που σχημάτισε το μεγάλο φεγγάρι της Γης.
«Τα περισσότερα φεγγάρια είναι μεγάλα και στρογγυλά αντικείμενα, όχι μικρά και έχουν ακανόνιστο σχήμα όπως ο Φόβος και ο Δείμος», είπε ο Amir Khan (Ινστιτούτο Γεωφυσικής της Ζυρίχης).Σύμπαν σήμερα. «Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα φεγγάρια του Άρη θεωρήθηκαν αρχικά ως αντικείμενα που συλλαμβάνονταν από την κοντινή ζώνη αστεροειδών. Ωστόσο, λόγω των δυναμικών προβλημάτων που σχετίζονται με τα καταγεγραμμένα αντικείμενα, αυτό το σενάριο έπεσε σε δυσμένεια, με αποτέλεσμα να προβληθούν in situ μοντέλα σχηματισμού».
Λεπτές πτυχές των συνολικών μαζών των φεγγαριών προβλέπουν πώς θα εξελιχθούν οι τροχιές τους. Οι παλιρροϊκές δυνάμεις δρουν στα φεγγάρια με την πάροδο του χρόνου, αλλά η συνολική ενέργεια στο σύστημα παραμένει πάντα σταθερή συνολικά, σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της γωνιακής ορμής.
«Υπάρχει ένα κρίσιμο υψόμετρο που ονομάζεται σύγχρονη ακτίνα», είπε ο Michael Efroimsky (Ναυτικό Παρατηρητήριο των ΗΠΑ).Σύμπαν σήμερα.«Αν το φεγγάρι είναι κάτω από τη σύγχρονη ακτίνα, οι παλίρροιες του πλανήτη θα σύρουν το φεγγάρι προς τα κάτω. Αυτό συμβαίνει με τον Φόβο»
Οι τροχιές του Φόβου και του Δείμου, έναντι του ορίου Roche για τον Άρη και της σύγχρονης τροχιάς. Πραγματοποίηση: Dave Dickinson
Για τον Άρη, η σύγχρονη ακτίνα βρίσκεται σε υψόμετρο 17.032 χιλιομέτρων (10.583 μίλια) πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη. Ο Φόβος είναι πολύ κάτω από αυτό το όριο, με την παλιρροϊκή δύναμη του Άρη να μένει πίσω του και να τον παρασύρει προς τα κάτω. Ο Δείμος είναι πάνω από αυτό το όριο και η παλιρροιακή δύναμη οδηγεί το μικροσκοπικό φεγγάρι, σπρώχνοντάς το απαλά προς τα έξω από τον Άρη. Η κίνηση του Deimos προς τα έξω είναι ένα μικροσκοπικό 2 χιλιοστά (0,08 ίντσες) ετησίως, πιο αργή από τα 3,8 εκατοστά (1,5 ίντσες) της Σελήνης μας ετησίως. Ο Δείμος πιθανότατα δεν θα ξεφύγει από τον Άρη κατά τη διάρκεια ζωής του ηλιακού μας συστήματος.
Η ερευνητική ομάδα έθεσε το ερώτημα για το πώς θα μπορούσε να ήταν το σύστημα του αρειανού φεγγαριού στο παρελθόν, με βάση το στιγμιότυπο που βλέπουμε σήμερα. Ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο της διάδοσης των τροχιών των φεγγαριών με την πάροδο του χρόνου. Ο επικεφαλής ερευνητής της μελέτης Amirhossein Bagheri (Ινστιτούτο Γεωφυσικής, ETH Ζυρίχης) πραγματοποίησε εκατοντάδες αριθμητικές διαδρομές της εξέλιξης των τροχιών του Φόβου και του Δείμου πίσω στο απώτερο παρελθόν.
«Είναι πραγματικά τόσο βέβαιο ότι ένα σώμα πάνω από τη σύγχρονη ακτίνα είναι καταδικασμένο να πετάξει μακριά και ένα κάτω είναι καταδικασμένο να πέσει πίσω προς τον πλανήτη;» λέει ο Εφροίμσκι. Τρέχοντας πίσω στο ρολόι σε προσομοιώσεις, οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι «Κάποια στιγμή στο παρελθόν, οι τροχιές του Φόβου και του Δείμου διασταυρώθηκαν», λέει ο Εφροίμσκι. Η μελέτη αναφέρει μια χρονική περίοδο πριν από περίπου 1 έως 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν οι τροχιές των φεγγαριών θα είχαν διασταυρωθεί.
«Η τομή των τροχιών υποδηλώνει ότι τα φεγγάρια γεννήθηκαν από έναν κοινό πρόγονο», λέει ο Bagheri. «Το μητρικό σώμα πιθανότατα διαταράχθηκε από κρουστικό εκκρεμές εντός του χρονικού διαστήματος που αναφέρθηκε προηγουμένως. Η πολύ κρατήρα επιφάνεια του Άρη δείχνει ότι ο πλανήτης χτυπήθηκε από πολλά τέτοια αντικείμενα.»
Φυσικά, ο καθορισμός αυτού του χρόνου βασίζεται στη γνώση της ακριβούς σύνθεσης των φεγγαριών, προκειμένου να κατανοήσουμε την επίδραση που θα έχουν πάνω τους οι παλιρροϊκές δυνάμεις με την πάροδο του χρόνου.
Πολλοί, αν όχι οι περισσότεροι αστεροειδείς που έχουμε δει από κοντά είναι χαλαροί «σωροί ερειπίων» βράχων. Όλα οφείλονται στο πορώδες έναντι της πυκνότητας: και τα δύο φεγγάρια του Άρη είναι λιγότερο από δύο φορές πιο πυκνά από το νερό, υποδηλώνοντας ότι είναι πολύ χαλαρά ενωμένα εσωτερικά. Ο Efroimsky σημειώνει, ωστόσο, ότι ο Φόβος έχει ένα μεγάλο κυριολεκτικό χτύπημα υπέρ της ανθεκτικότητας: τον μεγάλο κρατήρα Stickney στη μία άκρη του φεγγαριού. Εμφανίστηκε για πρώτη φορά από το Mariner 9 και πήρε το όνομά του από το πατρικό όνομα της συζύγου του Asaph Hall, Chloe Angeline Stickney Hall, μια τόσο μεγάλη επιτυχία δεν κατάφερε στην πραγματικότητα να καταστρέψει τη Σελήνη.
Ο Φόβος απεικονίστηκε από το τροχιακό Viking 1 το 1977. Ο κρατήρας Stickney είναι η μεγάλη λεκάνη πρόσκρουσης στο ένα άκρο. Πίστωση: NASA.
Ένα άλλο κομμάτι του παζλ υποστηρίζει επίσης την αρχή πρόσκρουσης του Άρη για τα φεγγάρια: α μελέτη 2018 , το οποίο αναφέρει το Χαρακτηριστικό λεκάνης Borealis στο βόρειο ημισφαίριο του Άρη ως πιθανή τοποθεσία μιας αρχαίας πρόσκρουσης που σχηματίστηκε «πρωτοσέληνος», κάπου πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, πολύ νωρίς στην ιστορία του ηλιακού συστήματος.
Γνωρίζοντας ακριβώς από τι είναι φτιαγμένα τα φεγγάρια του Άρη, θα μπορούσε να βοηθήσει πολύ στη γνώση της αντίστοιχης μοίρας τους στο απώτερο μέλλον. Αποστολές όπως το Mars Express της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας έχουν απεικονίσει και τα δύο φεγγάρια από κοντά. Το Flybys δίνει επίσης στο Mars Express μια ελαφριά βαρυτική έλξη, επιτρέποντας στους ερευνητές να βελτιώσουν τις μάζες των δύο φεγγαριών. Περιέργεια έπιασε ακόμη και πολλά δακτυλιοειδή δακτυλιοειδή ηλιακές εκλείψεις των φεγγαριών το 2019, επιτρέποντας στους αστρονόμους να βελτιώσουν την κατανόησή μας για τις τροχιές των φεγγαριών.
Ο Φόβος διέρχεται από τον δίσκο του Ήλιου, όπως φαίνεται από το ρόβερ Mars Curiosity. NASA/JPL.
Ταξιδέψτε στον Άρη στις 10 Νοεμβρίου 2084 και μπορείτε να παρακολουθήσετε μια διέλευση της Γης και της Σελήνης από την όψη του Ήλιου… μαζί με μια «έκλειψη Φόβος»:
Το Mars InSight της NASA έχει ακόμη «βλέπονται» εκλείψεις ηλίου που προκλήθηκε από το πέρασμα του Phobos σε μικροσκοπικές βυθίσεις του οργάνου του Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS)… αλλά αποδεικνύεται ότι αυτά τα γεγονότα δεν οφείλονταν σε πτώση της ηλιακής ενέργειας, αλλά στη μερική πτώση της θερμοκρασίας που προκλήθηκε από το φεγγάρι που περνάει κρύβοντας τον Ήλιο και ελαφρώς ψύχοντας και πιέζοντας το έδαφος κάτω από το σκάφος.
«Για να κάνουμε την ολοκλήρωση των τροχιών προς τα πίσω, πρέπει να συνδέσουμε μοντέλα των εσωτερικών δομών του Άρη και των φεγγαριών του», λέει ο Khan. «Εκεί έρχονται το InSight και το Mars Express». Το InSight μπορεί να ανιχνεύσει το εσωτερικό του Κόκκινου Πλανήτη τεκμηριώνοντας «μαρσεισμούς». Οι ερευνητές μπορούν επίσης να διερευνήσουν την εσωτερική δομή του Άρη και πώς η εσωτερική του μάζα παραμορφώνεται και κατανέμεται αναλύοντας προσεκτικά την τροχιά του διαστημικού σκάφους Mars Express.
Τι θα έκαναν οι ερευνητέςΠραγματικάΑυτό που κάνει είναι να στείλει προσγειωμένους στο ένα ή και στα δύο φεγγάρια και να επιστρέψει δείγματα στη Γη για περαιτέρω μελέτη. Η Ρωσία προσπάθησε να το κάνει αυτό με την εκτόξευση της αποστολής Phobos-Grunt το 2011, η οποία απέτυχε να φύγει από την τροχιά της Γης λόγω ενός ελαττωματικού ανώτερου σταδίου Fregat και επανήλθε στην ατμόσφαιρα της Γης στις 15 Ιανουαρίου 2012.
Ενώ η Ρωσία έχει ασαφή σχέδια να επιχειρήσει μια συνέχεια της αποστολής Phobos-Grunt 2 κάποια στιγμή μέσα στην επόμενη δεκαετία, η Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA) μπορεί να είναι η πρώτη, με Εξερεύνηση φεγγαριών στον Άρη Η αποστολή (MMX) για την εξερεύνηση του συστήματος του Αρειανού φεγγαριού, που θα εκτοξευθεί το 2024. Η σύγκριση και η αντίθεση της σύνθεσης των δύο φεγγαριών θα μπορούσε να καταγράψει την ιστορία της προέλευσής τους, μια για πάντα.
Η προτεινόμενη τροχιά για την αποστολή MMX. Πίστωση: JAXA .
«Η ανάλυση αυτού (μια επιστροφή δείγματος) θα μας πει στη συνέχεια τη σύνθεση του Phobos», λέει ο Khan. «Αν αποδειχτεί ότι η σύνθεση είναι σαν τον Άρη, τότε αυτό δείχνει τον in situ σχηματισμό, ενώ αν η σύνθεση είναι διαφορετική, αυτό θα υποδηλώνει ότι τα φεγγάρια προέρχονται από αλλού».
Στο μακρινό μέλλον
Και ναι, ενώ ο μικροσκοπικός Δείμος απομακρύνεται από τον Άρη, ο Φόβος είναι καταδικασμένος να συντριβεί στον Κόκκινο Πλανήτη σε περίπου 40 εκατομμύρια περίεργα χρόνια. Θα μπορούσε να χτυπήσει τον πλανήτη σε ένα γιγάντιο κομμάτι ή οι παλιρροϊκές δυνάμεις που ασκεί ο Άρης θα μπορούσαν πρώτα να τον τεμαχίσουν. Ο Φόβος πλησιάζει εντός του ορίου της Roche για τον Άρη 5.470 χιλιόμετρα (3.400 μίλια) πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη, το σημείο μέσα στο οποίο οι παλιρροϊκές δυνάμεις από τον πλανήτη υπερβαίνουν την εσωτερική του ακεραιότητα λόγω της βαρύτητας. Ο Φόβος εμφανίζει ήδη μακριές αυλακώσεις στην επιφάνειά του, απόδειξη της καταπόνησης θραύσης που υφίσταται αυτήν τη στιγμή. Αν ναι, ο Άρης μπορεί για λίγο να φορέσει ένα δαχτυλίδι από την καταστροφή του Φόβου που προέκυψε για αρκετές χιλιάδες χρόνια, ίσως κάνοντας τον πλανήτη να φαίνεται αισθητά διαφορετικός στο προσοφθάλμιο.
Μπορείτε ακόμη και να εντοπίσετε τον Δείμο και τον Φόβο για τον εαυτό σας. Η εξαμηνιαία αντίθεση για τον Κόκκινο Πλανήτη είναι η καλύτερη στιγμή για να προσπαθήσετε… αλλά προειδοποιήστε: Ο Φόβος με μέγεθος +11,8 και ο Δείμος με μέγεθος +12,9 είναι δύσκολο να πιάσετε αντικείμενα, καθώς δεν απομακρύνονται ποτέ από το λαμπρό -2 Ρίχτερ Άρης. Το καλύτερο στοίχημά σας είναι να γνωρίζετε ακριβώς πότε ένα δεδομένο φεγγάρι βρίσκεται στη μεγαλύτερη επιμήκυνση και να χρησιμοποιήσετε έναν προσοφθάλμιο φακό εξοπλισμένο με μια απόκρυφη ράβδο για να εμποδίσετε τον λαμπρό Άρη να βλέπει.
Είναι εκπληκτικό να σκεφτόμαστε, μπορεί σύντομα να μάθουμε από πού προήλθαν τα παράξενα φεγγάρια του Άρη και τι τους επιφυλάσσει στο απώτερο μέλλον.
Πίστωση εικόνας δυνητικού πελάτη:Ο Φόβος εναντίον του Άρη, όπως φαίνεται από το τροχιακό Mars Express της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. Πίστωση: ESA/DLR/Mars Express/Peter Masek