Раскрыта тайна формирования спутников Марса

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.