Странные формы и цвета крошечных марсианских спутников Фобоса и Деймоса заставили ученых задуматься об их происхождении. Темные лица этих лун напоминают примитивные астероиды внешней Солнечной системы, позволяя предположить, что когда-то эти астероиды просто угодили в гравитационные сети Марса. Но формы и углы орбит спутников не поддерживают этот сценарий захвата. Свежий взгляд на данные 20-летней давности миссии Mars Global Surveyour поддерживает идею того, что спутники Марса сформировались после того, как большой удар сотряс планету и выбросил на орбиту много камней.
Так следует из исследования, опубликованного в Journal of Geophysical Research: Planets Американским геофизическим союзом. По словам авторов исследования, этот набор данных содержал важные подсказки на тему того, из чего сделан Фобос, и он может быть в большей степени похож по составу на кору Марса, чем кажется.
Как появились спутники Марса?
«Самое интересное для меня — это извлекать идеи из старых наборов данных, которыми пользовались недостаточно», говорит Тим Глотч, геолог из Университета Стони Брук в Нью-Йорке, ведущий автор нового исследования.
Марк Фрайс, планетолог и куратор по космической пыли в Космическом центре им. Джонсона в NASA, не принимавший участия в новом исследовании, говорит, что неспособность объяснить происхождение двух спутников у соседней планеты проистекает из плохого понимания учеными процессов формирования Луны. Понимание этого позволит интерпретировать появление других лун в Солнечной системе и за ее пределами. Новое исследование не проясняет эту загадку, но является шагом в правильном направлении, говорит он.
«Вопрос происхождения Фобоса и Деймоса — забавная тайна, потому что у нас есть две конкурирующие гипотезы, которые исключают друг друга», говорит Фрайс. «Я бы не счел это окончательным решением, но это поможет двигать дискуссию вперед».
Непонятные объекты
Споры о происхождении спутников Марса делили ученых на лагеря много лет, с самых первых дней планетологии. В видимом свете Фобос и Деймос выглядят намного темнее Марса, что придает вес гипотезе захвата.
Ученые изучают минеральный состав объектов, разбивая свет, который они отражают, на составные цвета с помощью спектрофотометра, и создавая характерные образцы. Сравнивая спектральные образцы планетарных поверхностей с библиотекой спектров известных материалов, они могут определить состав далеких объектов. Большинство исследований состава астероидов изучали спектры в видимом свете и в ближнем инфракрасном свете, который за пределами видимого спектра человека.
В видимом и ближнем инфракрасном свете Фобос и астероиды класса D выглядят похоже — в том, что их спектры почти без особенностей, настолько они темные. Астероиды D-класса почти черные, как уголь, потому что, как и уголь, они содержат углерод. Этот темный аспект Фобоса привел к гипотезе о том, что этот спутник — захваченный астероид, который подлетел слишком близко к Марсу.
Но ученые, изучающие орбиты марсовых лун, говорят, что они могли и не быть захвачены. Возможно, луны сформировались одновременно с Марсом или произошли в процессе мощного удара по планете во времена ее тысячелетий формирования.
«Если спросить людей, которые разбираются в орбитальной динамике и понимают, почему некоторые тела вращаются так, а не иначе, они скажут, что учитывая наклон и детали орбиты Фобоса, вариант с его захватом практически невозможен. Спектроскопы говорят одно, а динамисты другое», отмечает Глотч.
Тепловые следы
Глотч решил взглянуть на проблему в другом свете: в среднем инфракрасном, который в таком же диапазоне, что и температура тела. Он посмотрел на тепловые сигнатуры Фобоса, сделанные в 1998 году инструментом, который сам он называет прикольным термометром на борту Mars Global Surveyor. Этот роботизированный аппарат провел большую часть своей жизни, всматриваясь в Марс, но также мельком взглянул на Фобос, проходя рядом с луной.
Тепловая энергия, как и видимый свет, может быть разделена на спектр «цветов». Даже объекты, которые выглядят черными в видимом свете, могут светиться в характерном инфракрасном спектре. Хотя Фобос очень холодный, его тепловой спектр имеет отличительную сигнатуру.
Глотч и его студенты сравнили средний инфракрасный спектр Фобоса, зафиксированный Mars Global Surveyer, с образцами метеоритов, которые падали на Землю возле озера Тагиш в Британской Колумбии. Эти метеориты, по мнению некоторых ученых, были фрагментами астероида D-класса. В лаборатории образцы поместили в среду, похожую на ту, в которой находится Фобос — холодный вакуум — нагревая их сверху и снизу, чтобы имитировать резкие изменения температуры на солнечных и затененных сторонах объекта в безвоздушном пространстве.
«Мы обнаружили, что в этих диапазонах длин волн метеорит Тагишского озера не похож на Фобос, да и в целом больше всего Фобосу соответствует базальт, распространенная вулканическая порода, из которой состоит большая часть марсианской коры», говорит Глотч. «Это заставило нас поверить, что Фобос может быть наследием столкновения в ранней истории Марса».
Запеченная корочка планеты
Новое исследование не берется утверждать, что Фобос сделан целиком из материала Марса, но новые результаты соотносятся с тем, что луна содержит часть коры планеты, возможно, вследствие слияния обломков с планеты с останками ударного объекта.
Фрайс, не принимавший участия в этом исследовании, говорит, что метеорит Тагишского озера по-своему необычен и, возможно, не лучший пример астероида D-класса, чтобы его сравнивать с Фобосом. Фрайс добавил также, что новое исследование не даст убедительного ответа, потому что Фобос подвержен космическому выветриванию, которое влияет на отражаемый спектр, и его трудно воспроизвести в лаборатории.
