Astronomie

Wie haben sich die Bahnen von Phobos und Deimos zirkularisiert?

Wie haben sich die Bahnen von Phobos und Deimos zirkularisiert?

Die Satelliten des Mars könnten eingefangene Asteroiden sein. Aber Phobos hat eine Exzentrizität von $0.015$, und Deimos von $3 imes10^{-4}$. Wenn sie gefangen wurden, wurden sie wahrscheinlich mit ziemlich exzentrischen Umlaufbahnen gefangen genommen. Wie haben sich ihre Bahnen zirkularisiert?


Astronomen sind sich noch nicht ganz sicher, ob es sich bei diesen Satelliten um eingefangene Asteroiden handelt (siehe zum Beispiel dieses Papier). Falls dies jedoch der Fall ist, sollte ihre Exzentrizität viel höher sein. Es gibt mehrere Theorien, die Szenarien für die Zirkularisierung der Umlaufbahnen liefern (die neueste, die ich gefunden habe, ist diese, die Auswirkungen auf die Monde hervorruft, die sie zum Taumeln bringen und die Drehung anregen), aber es werden mehr Daten benötigt, um diese Hypothese zu testen ( einen Überblick darüber finden Sie in diesem letzten Artikel).


Die mysteriösen Ursprünge der Monde des Mars

Der Mars hat die Menschen schon immer fasziniert. Der Rote Planet birgt viele Geheimnisse, bei deren Lösung unsere Lander und Sonden Wissenschaftlern helfen. Darunter ist die Frage, woher die beiden Marsmonde kamen und wie sie dorthin gelangten. Phobos und Deimos ähneln eher Asteroiden als Monden, und das hat viele Planetenwissenschaftler dazu veranlasst, ihren Ursprung an einem anderen Ort im Sonnensystem zu suchen. Andere behaupten, dass sich diese Monde möglicherweise während des Mars gebildet haben oder das Ergebnis eines katastrophalen Ereignisses zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems sind. Die Chancen stehen gut, dass bei der Landung der ersten Missionen auf Phobos Gesteinsproben eine definitivere Geschichte über diese mysteriösen Begleitmonde erzählen.


Hatte der alte Mars Ringe?

Künstlerkonzept des roten Planeten Mars mit Ringen. Bild über Kevin Gill auf Flickr/CC von 2.0.

Ringsysteme sind in unserem Sonnensystem weit verbreitet. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun haben alle Ringe. Keiner der kleineren Gesteinsplaneten hat sie, aber ist es möglich, dass einige von ihnen könnte haben hattest du in der Vergangenheit Ringe? Juni 2020 gaben Wissenschaftler des SETI-Instituts und der Purdue University Beweise bekannt, die darauf hindeuten, dass der Mars vor einigen Milliarden Jahren seine eigenen Ringe hatte. Die Ergebnisse würden helfen zu erklären, warum der kleinste Mond des Mars, Deimos, eine ungewöhnlich geneigte Umlaufbahn hat.

Die Forscher veröffentlichten das neue peer-reviewed Paper in Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe am 1. Juni 2020. Die Forschung wurde auch auf der 236. Tagung der American Astronomical Society (AAS 236) vorgestellt, die diese Woche (1.-3. Juni 2020) aufgrund von COVID-19 virtuell stattfand.

Während die Umlaufbahnen der beiden kleinen Monde Phobos und Deimos fast in derselben Ebene wie der Äquator des Mars liegen, –, was darauf hindeutet, dass sie zur gleichen Zeit entstanden sind, als die Umlaufbahn des Mars – Deimos’ um etwa 2 Grad geneigt ist. Diese Neigung war ein ungewöhnlicher und ungeklärter Befund. Es wurde auch als nicht allzu bedeutend in Bezug auf die Marsforschung angesehen.

Nun scheint es, dass diese kleine Anomalie – die 2-Grad-Neigung der Deimos-Umlaufbahn’ in Bezug auf den Mars-Äquator – einen Hinweis auf etwas sehr Interessantes über die Vergangenheit des Roten Planeten ’ lieferte ’ 8230, dass der Mars früher Ringe hatte!

Der kleinste Mond des Mars, Deimos, wie er am 21. Februar 2009 von der Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter gesehen wurde. Die geneigte Umlaufbahn des Mondes weist auf ein altes Ringsystem um den Mars hin. Bild über NASA/ JPL-Caltech/ University of Arizona/ SETI Institute.

Die Hauptautorin Matija Cuk vom SETI-Institut erklärte in einem Statement:

Die Tatsache, dass die Umlaufbahn von Deimos nicht genau mit dem Äquator des Mars übereinstimmt, wurde als unwichtig angesehen und niemand wollte versuchen, dies zu erklären. Aber als wir eine große neue Idee hatten und sie mit neuen Augen betrachteten, enthüllte Deimos’ Orbitalneigung ihr großes Geheimnis.

Vor drei Jahren schlugen Wissenschaftler vor, dass der größere der beiden winzigen Monde des Mars – Phobos– periodisch ein Ringsystem für den Mars bilden könnte. In diesem Szenario hatte der Mars eine Reihe von Ringen, die über Milliarden von Jahren in Zyklen auftauchten, und er wird in Zukunft wieder Ringe haben. Dies geschieht, weil – zum Beispiel derzeit – Phobos langsam näher und näher zum Mars kreist. Schließlich wird die Schwerkraft des Mars Fotos auseinanderreißen und das Gewebe des Mondkörpers wird einen Ring bilden. Später wird das Material im Ring wieder zu einem Mond zusammenwachsen. Die Forscher glauben, dass dies in der Geschichte des Mars viele Male passiert ist. Das neue Papier über einen Marsring vom anderen Mond Deimos spricht zu dieser alternativen Theorie:

Alternativ schlagen Hesselbrock & Minton (2017) vor, dass Phobos nur das neueste Produkt eines sich wiederholenden Ring-Satelliten-Zyklus auf dem Mars ist, wobei jeder nachfolgende innere Satellit weniger massiv ist als der vorherige. Im Ring-Satelliten-Zyklusmodell bilden sich Satelliten am äußeren Rand des Rings und wandern dann durch Gravitationswechselwirkung mit dem Ring nach außen. Der Ring verliert an seinem inneren Rand an Masse an den Planeten, und sobald der Ring ausreichend erschöpft ist, wandert der Satellit aufgrund der Gezeiten nach innen.

In welcher Beziehung steht diese frühere Idee zu dem neuen Szenario mit Deimos?

Den Forschern zufolge würde sich ein neugeborener Mond sowohl vom Ring als auch vom Mars entfernen und in die entgegengesetzte Richtung von Phobos oder einem nach innen wandernden Mond gehen. Ein nach außen wandernder Mond, direkt außerhalb der Ringe, könnte eine Orbitalresonanz erfahren – eine Situation, in der zwei umlaufende Körper einen regelmäßigen, periodischen Gravitationseinfluss aufeinander ausüben – so dass die Orbitalperiode von Deimos kommt genau dreimal so hoch wie der des anderen Mondes. Das Statement der Forscher erklärt:

Diese Orbitalresonanzen sind wählerisch, aber vorhersehbar … Wir können sagen, dass nur ein sich nach außen bewegender Mond Deimos stark beeinflusst haben kann, was bedeutet, dass der Mars einen Ring gehabt haben muss, der den inneren Mond nach außen drückt. Cuk und seine Mitarbeiter folgern, dass dieser Mond möglicherweise 20-mal so massiv war wie Phobos und möglicherweise vor etwas mehr als 3 Milliarden Jahren seine ‘Großeltern’ war,… [dem] folgten zwei weitere Ring-Mond-Zyklen, mit dem neuesten Mond Phobos.

Saturn hat natürlich die bekanntesten Ringe im Sonnensystem, wie hier von der Raumsonde Cassini gesehen. Bild über NASA/JPL-Caltech.

Die Entstehung von Phobos geschah wahrscheinlich vor etwa 3 1/2 Milliarden Jahren, sagte Cuk WissenschaftAlert:

Etwas vor 3,5 Milliarden Jahren ist unsere beste Wahl. Das stimmt wunderbar mit Hesselbrocks und Mintons Berechnung überein, als der Mars einen inneren Mond mit der 20-fachen Masse von Phobos hatte. Als der Ring weg war, begann auch der Mond wegen der Gezeiten des Mars zu fallen (genau wie Phobos). Sobald es dem Mars zu nahe war, würden Gezeitenkräfte es in einen neuen Ring zerreißen, und der Zyklus würde sich wahrscheinlich zweimal wiederholen, um zu Phobos zu gelangen, das wir sehen.

Es ist bekannt, dass Phobos viel jünger ist als Deimos – vielleicht so jung wie etwa 200 Millionen Jahre, im Gegensatz zu einigen Milliarden Jahren für Deimos – was in dieses Szenario passen würde.

Die Ergebnisse sind faszinierend, da sie implizieren, dass der Mars während seines Lebens mindestens einen prominenten Ring und wahrscheinlich mehr hatte. Dies würde bedeuten, dass auch kleinere Gesteinsplaneten Ringe haben können, obwohl keiner von denen in unserem heutigen Sonnensystem dies tut.

Andererseits wissen Wissenschaftler, dass der Ringprozess in unserem Sonnensystem üblich sein muss.

Das Konzept des Künstlers des Asteroiden Chariklo, der 2014 das erste Objekt im Sonnensystem war, das kleiner als die Gas- oder Eisriesenplaneten war, die Ringe aufwiesen. Bild über ESO.

Sie wissen das, weil bekannt ist, dass Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun Ringe haben. Und 2014 entdeckten Astronomen einen Asteroiden – namens Chariklo – mit zwei dichten und schmalen Ringen. Dies war das erste Mal, dass Ringe um ein Sonnensystemobjekt herum gefunden wurden, das kleiner als die Gas- oder Eisriesenplaneten war. Chariklo ist ein Mitglied einer Gruppe von Asteroiden namens Centauren, die zwischen Jupiter und Neptun kreisen. Uffe Gråe Jørgensen vom Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen in Dänemark sagte über Chariklo:

Für mich war es ziemlich erstaunlich zu erkennen, dass wir nicht nur ein Ringsystem erkennen konnten, sondern auch genau feststellen konnten, dass es aus zwei klar unterschiedlichen Ringen besteht. Ich versuche mir vorzustellen, wie es wäre, auf der Oberfläche dieses eisigen Objekts zu stehen – klein genug, dass ein schneller Sportwagen Fluchtgeschwindigkeit erreichen und in den Weltraum fahren könnte – und starre auf eine 20 Kilometer lange Meile) breites Ringsystem 1.000 Mal näher als der Mond.

2017 wurde auch ein Ring um den asteroidähnlichen Zwergplaneten Haumea entdeckt, der im Kuipergürtel jenseits von Neptun kreist.

Matija Cuk vom SETI-Institut, Erstautor der neuen Studie. Bild über das SETI-Institut.

Die japanische Raumfahrtbehörde JAXA plant, 2024 eine neue Mission nach Phobos zu entsenden, die Proben für die Rückkehr zur Erde sammelt. Dies wird hoffentlich weitere Hinweise auf die Ringe des Mars und den vorherigen größeren Mond liefern, von dem Phobos stammte. Cuk sagte:

Ich mache theoretische Berechnungen für meinen Lebensunterhalt, und sie sind gut, aber sie ab und zu mit der realen Welt testen zu lassen, ist noch besser.

Es wäre wirklich cool, wenn wir in der Zeit zurückreisen und die Ringe des Mars so sehen könnten, wie sie einmal waren. Aber wir können immer noch etwas über sie erfahren, indem wir die Hinweise studieren, die in den beiden verbleibenden kleinen Monden des Planeten, Deimos und Phobos, hinterlassen wurden.

Fazit: Eine neue Forschungsstudie des kleinsten Mondes Deimos des Mars legt nahe, dass der Planet vor einigen Milliarden Jahren einen Ring oder mehrere Ringe hatte.


Mitgliedschaften

Institut für Geophysik, ETH Zürich, Zürich, Schweiz

Amirhossein Bagheri, Amir Khan, Mikhail Kruglyakov und Domenico Giardini

Physik-Institut, Universität Zürich, Zürich, Schweiz

US-Marineobservatorium, Washington DC, USA

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Beiträge

A. B., A. K. und M.E. diskutierten die ursprüngliche Idee A.B. abgeleitet und implementiert das Orbitalentwicklungsmodell, mit Input von M.E. und A.K. M. K. half bei der Implementierung des numerischen Zeitschrittschemas im Orbitalentwicklungsmodell A.B. führte die Simulationen und Datenanalysen durch und erstellte die Zahlen. Das Manuskript wurde von A.K., A.B., M.E. und M.K. mit Beiträgen von D.G.

Korrespondierender Autor


Hatte der Mars einmal drei Monde?

Anstelle der beiden Monde, die wir heute sehen, könnte eine Kollision gefolgt von einer zirkumplanetaren Scheibe . [+] hat drei Marsmonde hervorgebracht, von denen heute nur noch zwei überleben. Bildnachweis: Labex UnivEarths / Université Paris Diderot.

Die beiden Monde des Mars, Phobos und Deimos, sind klein, unregelmäßig, kreisen jedoch in derselben Äquatorebene wie der rote Planet. Obwohl sie lange Zeit für eingefangene Asteroiden gehalten wurden, wären diese Umlaufbahnen äußerst unwahrscheinlich. Eine andere Möglichkeit wäre gewesen, wenn ein massiver Einschlag eine Trümmerscheibe erzeugt hätte, ähnlich wie der Erdmond. Diese Alternative erzeugt äquatoriale Umlaufbahnen, produziert jedoch normalerweise mindestens einen sehr großen Mond. Es wurde jedoch eine neue Simulation durchgeführt, die zeigt, wie ein Einschlag drei Monde um den Mars herum erzeugen könnte, von denen der größte innere zerfällt und das Marssystem erzeugt, das wir heute sehen.

Ein großer Einschlag eines Asteroiden vor Milliarden von Jahren könnte die Monde des Mars geschaffen haben, einschließlich . [+] ein inneres, größeres, das es heute nicht mehr gibt! Bildnachweis: Illustration von Medialab, ESA 2001.

Unser Mond mag das sein, womit wir aufgewachsen sind, aber es ist eine kosmische Kuriosität unter den Gesteinsplaneten. Von allen felsigen Welten in unserem Sonnensystem ist es die einzige mit einem großen Mond. Merkur ist mondlos, Venus ist mondlos und der Mars hat nur die beiden sehr kleinen Monde Phobos und Deimos, die ihn umkreisen. Phobos und Deimos ähneln unserem eigenen Mond nicht, sie sind nur 22 und 12 Kilometer groß: klein und seltsam geformt. Ehrlich gesagt sehen sie eher wie Asteroiden aus.

Die relativen Größen der asteroidähnlichen Monde von Mars, Phobos und Deimos. Bildnachweis: NASA / . [+] JPL-Caltech.

Aber das Einfangen von Asteroiden durch die Gravitation ist völlig zufällig. Sie werden genauso wahrscheinlich rückläufig (die entgegengesetzte Richtung) oder mit einer hohen Neigung wie jede andere Richtung umkreisen, und doch scheinen diese beiden in nahezu perfekten kreisförmigen Umlaufbahnen zu sein und sind dem Mars außerordentlich nahe. Ihre Zusammensetzung und ihr Aussehen mögen Asteroiden ähnlich sein, aber ihre Umlaufbahnen erzählen eine andere Geschichte.

Die Umlaufbahnen von Phobos und Deimos, den Monden des Mars, liegen in derselben Äquatorialebene wie die anderen. [+] Planeten. Außerdem werden verschiedene Satelliten im Orbit um den Mars gezeigt. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech.

Kreisbahnen entstehen im Allgemeinen nur, wenn sich vor langer Zeit etwas aus einer anfänglichen Scheibenkonfiguration irgendeiner Art von Trümmern gebildet hat. Unsere Planeten sind kreisförmig um die Sonne, weil sie sich aus einer frühen protoplanetaren Scheibe gebildet haben die Monde der Gasriesen sind kreisförmig, weil sie sich aus einer zirkumplanetaren Scheibe um jede dieser Welten gebildet haben unser Mond hat eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn, weil er aus einer riesigen Kollision entstanden ist die vor etwa 4,5 Milliarden Jahren eine riesige, massive Scheibe um die Erde herum geschaffen hat.

Die nördlichen 40% des Mars sind etwa 5 Kilometer niedriger als der Rest des Planeten, da . [+] zeigt diese topografische Karte. Dieses riesige Merkmal, bekannt als Borealis-Becken, wurde wahrscheinlich durch einen großen Einschlag geschaffen, der genug Trümmer aufgewirbelt haben könnte, um viele Monde zu bilden. Bildnachweis: NASA / JPL / USGS.

Der Mars hat, wie viele Welten in unserem Sonnensystem, Beweise für eine Geschichte gewaltiger Einschläge auf seine Oberfläche geschrieben. Einige sind klein und hinterlassen bescheidene Krater, während andere riesig gewesen sein müssen, wie der, der für das riesige Borealis-Becken des Mars verantwortlich ist. Dieser Einschlag muss vor Milliarden von Jahren stattgefunden haben, hätte aber viel mehr Trümmer aufgewirbelt, als zu zwei kleinen Monden führen würde. Phobos, der größere und nähere der beiden, kreist jedoch nur 6.000 km von der Oberfläche des Mars entfernt: dem nächstgelegenen bekannten Mond im Sonnensystem. Deimos, mit 23.000 km Entfernung, ist viel weiter, aber immer noch sehr nah.

Mars, Phobos und Deimos, maßstabsgetreu, mit ihren Bahnen ebenfalls maßstabsgetreu. Kein anderer Mond ist so nah. [+] zu ihrer Elternwelt nicht einmal in der Nähe. Bildnachweis: Nbound bei englischer Wikipedia.

In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Natur Geowissenschaften, jedoch zeigte ein Team unter der Leitung von Pascal Rosenblatt, dass der große Einschlag, der diese Basis erzeugt, eine dichte Trümmerscheibe um den Mars hätte aufwirbeln müssen. Basierend auf den Einschlagsparametern braucht es nur wenige tausend Jahre, bis sich dank der dichten Scheibenregion in der Nähe des Planeten sehr nahe der Marsoberfläche ein großer, wenige hundert Kilometer breiter Mond bildet. Der Einfluss der Gravitation auf die äußere Scheibe führt zu Instabilitäten, die den Simulationen zufolge Phobos und Deimos erzeugt haben könnten.

Bei einer zirkumplanetaren Scheibe bildet die innere, dichte Region schnell einen großen Mond, der dann . [+] Instabilitäten in den äußeren Bereichen der Scheibe, die zu mehreren kleineren Monden führen. Bildnachweis: Abbildung 1 von Perez et al. (2015), über https://arxiv.org/abs/1505.06808.

Während der große Mond dazu bestimmt ist, nach etwa fünf Millionen Jahren durch die Reibung mit der Marsatmosphäre von den Gezeiten zerstört und an die Oberfläche gezogen zu werden, sind die anderen beiden Monde – die aus einer Mischung der Zusammensetzung der Marsoberfläche und des Impaktors bestehen – bleiben könnte. Phobos und Deimos hatten irgendwann in der Vergangenheit ein viel größeres Geschwister, aber es hat vielleicht nur ein paar Millionen Jahre gedauert. Nach Milliarden von Jahren bleiben diese beiden kleinen Monde übrig. Vielleicht wird Phobos in ein paar Milliarden mehr auch zerstört. Wenn die neue Theorie stimmt, wird ein zukünftiger Wissenschaftler nur Deimos und die Becken auf dem Mars haben, um diese Geschichte zusammenzusetzen. Es ist eine starke Erinnerung daran, dass im Sonnensystem und im Universum im Allgemeinen die Vergangenheit vorbei ist. Alles, worauf wir ihre Geschichte stützen können, sind die Überlebenden.

Referenz: Ansammlung von Phobos und Deimos in einer ausgedehnten Trümmerscheibe, die von vergänglichen Monden gerührt wird, Pascal Rosenblatt et al., Nature Geoscience 9, 581–583 (2016).


Die Monde des Mars: Phobos und Deimos

Phobos und Deimos, fotografiert vom Mars Reconnaissance Orbiter der NASA

Phobos ist der größere und nächste der beiden natürlichen Satelliten des Mars, der andere ist Deimos. Beide Monde wurden 1877 im Abstand von wenigen Tagen vom amerikanischen Astronomen Asaph Hall vom U.S. Naval Observatory in Washington DC entdeckt, der sie anschließend nach den Nachkommen der Gottheiten Aphrodite (Venus) und Ares (Mars) benannte.

Während vielen geologischen Merkmalen auf Phobos Namen gegeben wurden, kann dies nur von zwei der vielen Krater auf Deimos gesagt werden, nämlich Swift und Voltaire, die nach diesen berühmten Schriftstellern benannt wurden, die beide zuerst die Existenz von Marsmonden vorgeschlagen hatten bevor sie tatsächlich entdeckt wurden.

Phobos ist nach dem griechischen Gott des Schreckens und der Angst benannt, während sein Zwillingsbruder Deimos nach dem Gott des Schreckens benannt ist, die beide ihren Vater, den Kriegsgott Ares, zusammen mit seinen Schwestern, der Kriegsgöttin Enyo, und Eris, der Göttin der Zwietracht.

Während Deimos manchmal in großen Amateurteleskopen zu sehen ist, ist es andererseits eine ganz andere Sache, Phobos zu entdecken, obwohl sich die Chancen etwas verbessern, wenn der Mars der Erde am nächsten ist. Nichtsdestotrotz überstrahlt der Mars seinen nächsten Mond um mindestens das 200.000-fache, was es erforderlich macht, an einem sehr großen Teleskop unter sehr dunklem Himmel einen Verdeckungsbalken (um das Licht des Mars auszublenden) zu bauen, um auch nur eine geringe Chance zu haben, Phobos zu entdecken bei maximaler Elongation (maximal möglicher Abstand) vom Mars. Im Allgemeinen sind Phobos jedoch nicht mit bescheidener oder sogar mittelgroßer Amateurausrüstung zu entdecken.

Der Ursprung der beiden Marsmonde ist noch unbekannt, obwohl es zwei umstrittene Hypothesen gibt, die helfen könnten, ihre Entstehung zu erklären.

Die erste Hypothese besagt, dass beide Monde vom Mars eingefangen wurden, nachdem ihre Umlaufbahnen in der Haupt-Asteroiden-Wette durch einen noch zu erklärenden Mechanismus gestört wurden. Während die Zusammensetzung von Deimos (aber nicht die von Phobos) bemerkenswerte Ähnlichkeiten mit C- und D-Typ-Asteroiden aufweist, die den Haupt-Asteroidengürtel bewohnen, haben beide Monde dennoch Massen, die es der dünnen Marsatmosphäre unmöglich gemacht hätten, die Objekte zu verlangsamen so weit herunter, dass die Schwerkraft des Planeten sie eingefangen hat. Während atmosphärischer Widerstand oder Gezeitenkräfte die Umlaufbahnen beider Monde zirkularisiert haben könnten, deuten mehrere Studien darauf hin, dass das Sonnensystem dafür noch nicht alt genug ist.

Eine andere Hypothese besagt, dass beide Monde entstanden sind, als ein Körper mit etwa einem Drittel der Masse des Mars mit ihm kollidierte, was wahrscheinlich erscheint, da die Kruste in Teilen der Nordhalbkugel des Mars deutlich dünner ist als auf der Südhalbkugel. Nach diesem vorgeschlagenen Szenario könnte die Kollision sehr gut einen Trümmerring um den Mars erzeugt haben, der anschließend zu den beiden Monden verschmolzen ist, die wir heute beobachten. Obwohl die letztere Hypothese am wahrscheinlichsten zu sein scheint, erklärt sie nicht, warum sich der mutmaßliche Trümmerring zu zwei Körpern gebildet hat oder warum sie so unterschiedliche Entfernungen vom Mars haben. Die Ermittlungen dauern jedoch an.

Physikalische Eigenschaften

Deimos ähnelt in Bezug auf Spektrum, Albedo (Reflexionsvermögen) und Gesamtgeometrie stark Asteroiden vom C- oder D-Typ in dem Sinne, dass er mit Abmessungen von 15 × 12,2 × 11 km stark nicht kugelförmig ist. In seiner Zusammensetzung besteht Deimos aus Gestein, das reich an kohlenstoffhaltigem Material ist, und obwohl es stark verkratert ist, wurden die meisten Oberflächenunregelmäßigkeiten durch eine dicke Schicht aus hochporösem Regolith geglättet.

Orbitale Eigenschaften

Von der Marsoberfläche aus gesehen, erhebt sich Deimos im Osten und geht im Westen unter. Da jedoch die sonnensynodische Umlaufzeit des Mondes von 30,4 Stunden etwas länger ist als ein Marstag („sol“), der 24,7 Stunden lang ist, würden für einen Beobachter auf dem Mond zwischen jedem aufeinanderfolgenden Auf- und Untergang des Mondes 2,7 Marstage vergehen Äquator des Mars. Da die Umlaufbahnen von Deimos jedoch sehr nahe am Mars liegen und eine sehr geringe Neigung in Bezug auf die Äquatorebene des Mars aufweisen, könnte ein Beobachter auf dem Mars Deimos von Marsbreiten über 82,7 Grad aus nicht sehen.

Die Umlaufbahn von Deimos wird immer größer, da der Gravitationseinfluss des Planeten in seiner Entfernung vom Mars nicht stark genug ist, um die Gezeitenbeschleunigung des Mondes zu verhindern, und die meisten Forscher glauben, dass Deimos schließlich der Schwerkraft des Mars vollständig entkommen wird.

Physikalische Eigenschaften

Obwohl Phobos wesentlich größer ist als der andere Mond des Mars, Deimos, ist er nicht massiv genug, um seine eigene Schwerkraft in eine Kugelform zu formen oder um eine Atmosphäre jeglicher Art festzuhalten. Tatsächlich haben Infrarotstudien von Phobos gezeigt, dass der Körper ein kohlenstoffarmer Schutthaufen ist, der nur von einer dünnen Kruste hauptsächlich aus Regolith lose zusammengehalten wird. Darüber hinaus haben Studien auch gezeigt, dass Phobos extrem porös ist und dass große innere Hohlräume (oder Hohlräume) etwa 25-35% des Gesamtvolumens des Mondes ausmachen, was gegen einen asteroidalen Ursprung spricht. Diese Ergebnisse haben einige Forscher zu der Annahme veranlasst, dass die Hohlräume in Phobos große Mengen verschiedener Eissorten enthalten könnten, aber dies ist schwer zu beweisen, da keine Hinweise auf eine Hydratation der äußeren Schichten von Phobos gefunden wurden.

Während Phobos mit einer Albedo (Reflexionsvermögen) von nur 0,071 auch eines der am wenigsten leuchtenden Objekte im Sonnensystem ist, haben Untersuchungen seiner Oberfläche in thermischen Infrarotfrequenzen das Vorhandensein von Schichtsilikaten auf seiner Oberfläche ergeben. Dieses Material umfasst einen großen Prozentsatz der Oberfläche des Mars, und die Tatsache, dass sich das Spektrum von Phobos deutlich von allen anderen Klassen chondritischer Meteoriten unterscheidet, scheint die Hypothese zu unterstützen, dass Phobos aus ausgestoßenem Material als Sonnensystemkörper der zweiten Generation geschaffen wurde ein Einschlag auf dem Mars aufgetreten war.

Der größte Einzelkrater auf Phobos ist der 9 km (5,6 Meilen) breite Krater Stickney, der einen erheblichen Anteil der Mondoberfläche bedeckt. Während die vielen markanten Rillen und Streifen, die einen Großteil der Länge von Phobos bedecken, zunächst als Ergebnis des Einschlags angesehen wurde, der Stickney geschaffen hatte, haben spätere Studien gezeigt, dass die Merkmale nicht vom Krater ausgehen, sondern auf der Spitze von Phobos zentriert sind ' führende Spitze. Einige Forscher sind der Meinung, dass diese Rillen und Streifen durch Kollisionen mit Material verursacht wurden, das nach heftigen Einschlägen von der Marsoberfläche gesprengt wurde, was durch die Tatsache gestützt zu werden scheint, dass alle resultierenden Kraterketten in Richtung der hinteren Spitze des Mondes verblassen .

Eine konkurrierende Theorie besagt jedoch, dass die Rillen und Streifen tatsächlich „Dehnungsstreifen“ ähneln, die durch Gezeitenwechselwirkungen mit dem Mars verursacht werden, insbesondere angesichts der Tatsache, dass Phobos kein festes Gestein ist. Die Ermittlungen dauern an.

Orbitale Eigenschaften

Phobos umkreist den Mars in einer Entfernung von nur 5.989 km (3.721 Meilen), was unterhalb des synchronen Umlaufbahnradius liegt. In der Praxis bedeutet dies, dass Phobos den Mars mit einer Geschwindigkeit umrundet, die höher ist als die äquatoriale Rotationsgeschwindigkeit des Mars, was einige interessante Effekte erzeugt. Zum Beispiel würde ein Beobachter auf der Marsoberfläche sehen, wie Phobos im Westen aufsteigt und im Osten untergeht, im Gegensatz zu einem Aufstieg im Osten und einem Untergang im Westen. Darüber hinaus würde ein hypothetischer Beobachter auf dem Mars auch sehen, wie Phobos eine Umlaufbahn in 4 Stunden und 15 Minuten (oder weniger, je nach Standort) vollendet, und er würde an einem Marstag zwei solcher Umlaufbahnen sehen.

Da die Umlaufbahn von Phobos so niedrig ist, würde ein Marsbeobachter außerdem eine Änderung des Winkeldurchmessers von Phobos zwischen Auf- und Untergang sehen. Am Horizont hat Phobos beispielsweise einen Winkeldurchmesser von 0,14 Grad und wächst sichtbar, wenn er sich dem Zenit nähert, wo er einen Winkeldurchmesser von 0,20 Grad hat, bevor er bei seiner Einstellung auf der gegenüberliegenden Seite wieder auf 0,14 Grad schrumpft Horizont. Zum Vergleich: 0,20 Grad sind von der Erde aus gesehen etwa ein Drittel so breit wie der Vollmond. Beachten Sie jedoch, dass Phobos von der Marsoberfläche bei Marsbreiten über 70,4 Grad nicht gesehen werden kann.

Für einen Beobachter auf Phobos würde der Mars jedoch etwa 25% der Himmelshalbkugel ausfüllen und von der Erde aus gesehen mindestens 6.400-mal größer und 2.500-mal heller erscheinen als der Vollmond. Darüber hinaus werden diese Werte zwangsläufig steigen, da die Umlaufbahn von Phobos bei dieser Geschwindigkeit um etwa 2 Meter pro Jahrhundert zerfällt, wird Phobos voraussichtlich in 30 bis 50 Millionen Jahren mit dem Mars kollidieren. Wenn dies geschieht, ist es wahrscheinlich, dass sich die Überreste von Phobos zu einem Staubring um den Mars bilden, der voraussichtlich bis zu hundert Millionen Jahre bestehen bleibt.


Unter der Annahme koplanarer und kreisförmiger Marsbahnen dauert es etwa 0,75 km/s, um von einem Radius von 9378 km auf eine Umlaufbahn mit einem Radius von 23459 km zu gelangen.

Greifen Sie noch ein wenig mehr zu, da die Monde nicht ganz koplanar sind. Beim Rendezvous Delta V auch etwas mehr anschlagen. Also vielleicht 0,8 km/s.

Mit der Vis-Viva-Gleichung lassen sich Kreisbahngeschwindigkeiten sowie die Periapsis- und Apoapsis-Geschwindigkeiten der Hohmann-Transferellipse bestimmen.

Laut dieser Delta-V-Karte benötigt es mindestens

1,5 km/s, um durch eine mittlere Umlaufbahn von einem zum anderen zu gelangen. Wie HopDavid feststellt, gibt es einen kürzeren direkten Weg.

Das ist eine erhebliche Manövrierinvestition, aber weniger, als einen Lander auf die Oberfläche des Mars zu bringen (geschweige denn wieder hochzufahren), und es könnte mit einem sehr leichten Lander getan werden.

Ich bin sicher, andere werden Hohmann-Zahlen liefern, aber wenn Sie einen Antrieb mit geringem Schub verwenden, der eine Spirale nach unten erfordert, entspricht das Delta-V ungefähr der Differenz der Umlaufgeschwindigkeiten von Phobos und Deimos, also etwa 800 m / s.

Das ist ein theoretische Grenze für sehr geringen Schub und sehr lange Übertragungszeiten viele Hunderte oder Tausende von Umlaufbahnen während der Spirale, wie in dieser Antwort etwas ausführlicher erörtert wird.

Während die Umlaufbahn von Deimos jedoch nahezu kreisförmig ist, hat die Umlaufbahn von Phobos eine Exzentrizität von etwa 0,015, sodass einige zusätzliche Details berücksichtigt werden müssen - war die Startbahn beispielsweise ein kreisförmiger Vorbeiflug an der Periapsis von Phobos oder eine angepasste Ellipse. Diese hätten einen kleinen zusätzlichen Einfluss auf das benötigte Delta-v.


Eine Wendung im Marsmond-Geheimnis

Die Marsmonde Phobos und Deimos haben ähnliche Formen und Farben wie kohlenstoffreiche Asteroiden im Asteroidengürtel. Viele Jahre lang glaubten Planetenforscher, sie seien verwaiste Asteroiden, die von der Anziehungskraft des Mars eingefangen worden waren.

Neue Forschungen deuten nun darauf hin, dass sich diese Monde eher bei einem katastrophalen Einschlag vor vielen Jahren gebildet haben, ähnlich wie die Giant Impact Hypothese, die erklärt, wie sich unser eigener Mond gebildet hat.

Das Papier, das von Timothy Glotch von der Stony Brook University geleitet und von Chris Herd von der University of Alberta mitverfasst wurde, wurde im Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht.

Während die dunklen Oberflächen von Phobos und Deimos Asteroiden ähneln mögen, passen die kreisförmigen Formen und niedrigen Winkel ihrer Umlaufbahnen nicht zur Einfanghypothese. Eingefangene Monde sind oft relativ zu ihren Wirtsplaneten geneigt und haben stark elliptische Bahnen.

Wenn Phobos und Deimos wirklich adoptierte Asteroiden sind, müsste ein Mechanismus ihre Umlaufbahnen im Laufe der Zeit zirkularisieren und mit dem Mars ausrichten. Aber ob eine solch drastische Änderung ihrer Umlaufbahnen möglich ist oder nicht, wird seit Jahrzehnten in der planetaren Wissenschaftsgemeinde diskutiert.

Glotch, Herd und Kollegen gingen das Problem aus einer neuen Perspektive an. Anstatt zu versuchen, die Umlaufbahnen der Monde in die Einfanghypothese einzupassen, fragten sie sich, ob die Monde wirklich Asteroiden so ähnlich waren, wie sie erscheinen mögen.

Das Team analysierte die Beobachtungen von Phobos, die der Mars Global Surveyor vor mehr als 20 Jahren gesammelt hatte, erneut und verglich sie mit dem Tagish Lake-Meteoriten: den Überresten eines kohlenstoffreichen Asteroiden, der im Nordwesten von British Columbia gefunden wurde.

Obwohl Phobos im sichtbaren Licht dem Tagish Lake-Meteorit ähnlich sah, zeigte ein Vergleich im mittleren Infrarotlicht, dass die Geschichte mehr war.

"Wir haben festgestellt, dass der Tagish-See-Meteorit in diesen Wellenlängenbereichen nicht wie Phobos aussieht", sagte Glotch in einer Pressemitteilung.

Die Beobachtungen von Phobos im mittleren Infrarot ähnelten eher zermahlenem Basalt oder vulkanischem Gestein. Interessanterweise besteht die Marskruste genau daraus.

Dies führte die Autoren zu der Annahme, dass Phobos und Deimos nicht eingefangene Asteroiden sind, sondern Überbleibsel eines vor langer Zeit zurückliegenden Einschlags zwischen dem Mars und einem anderen felsigen Objekt im Sonnensystem.

“Es würde eine Menge Trümmer geben, die dabei herauskamen,&8221 sagte Herd dem Globe and Mail. “Wenn dies der Fall wäre, … würden Sie wahrscheinlich am Ende eine ganze Reihe von Objekten im Orbit um den Mars produzieren, und Phobos und Deimos sind die, die übrig bleiben.”

Obwohl diese Ergebnisse nicht bestätigen, wie Phobos und Deimos entstanden sind, bringen sie Planetenwissenschaftler dem Verständnis dieser mysteriösen Marsmonde einen Schritt näher.

Und zum Glück dauert es nicht lange, bis das Rätsel gelöst ist: Japans Mars Moons eXploration-Mission soll 2029 eine Probe von Phobos zur Erde zurückbringen.


Fakten zum Deimos-Mond

Der Planet Mars ist einer der vier terrestrischen Gesteinsplaneten und hat als einziger mehr als einen einzigen Mond.

Deimos Mondprofil

Umlaufbahnen:Mars
Entdeckt von:Asaph Halle 12. August 1877
Durchmesser:12,4 km
Masse:1,48 × 10^15 kg (0,000002% Mond)
Umlaufbahn-Entfernung:23.458 km
Umlaufdauer:1,3 Tage
Oberflächentemperatur:-40 °C

Deimos (ausgesprochen DEE-MOS) ist der kleinere der beiden Marsmonde und beide Marsmonde sind kleiner als unser Mond.

Sowohl Phobos als auch Deimos sehen eher aus wie ein Asteroid als unser Mond. Deimos ist nur 12,4 km breit und beide Monde scheinen aus den gleichen kohlenstoffhaltigen Chondriten vom Typ I oder II zu bestehen, aus denen viele Asteroiden bestehen.

Andere Form

Während die meisten Monde, einschließlich unseres eigenen, eher kugelförmig oder kreisförmig sind, hat Deimos eher die Form eines Asteroiden.

Die Kombination dieser Eigenschaften hat Wissenschaftler dazu gebracht, die Entstehung von Phobos und Deimos in Frage zu stellen.

Viele Jahre lang glaubten die meisten Wissenschaftler, dass der Mars keine Monde hätte.

Wer hat Deimos entdeckt?

Johannes Kepler war der erste, der vermutete, dass der Mars zwei Monde haben könnte, jedoch war es Asaph Hall, ein amerikanischer Astronom, der den Planeten untersuchte und entdeckte, dass er zwei kleine Körper hatte, die ihn nahe umkreisten.

Hall beschloss, die beiden Satelliten nach den mythologischen Söhnen des griechischen Kriegsgottes Ares zu benennen.

Die Römer verwendeten den Namen Mars für ihren Kriegsgott. Die Namen der Zwillingssöhne waren Deimos (aus Panik oder Angst) und Phobos (aus Angst).

Deimos ist klein

Deimos ist so klein, dass es am Himmel wie ein Stern aussehen würde. Selbst wenn es die Sonne verfinstert, erscheint es nur wie ein winziger kleiner Punkt.

Bei Vollmond ist er jedoch so hell wie der Planet Venus, der eines der hellsten Objekte unseres Sonnensystems ist. Deimos hat eine längere Umlaufbahn als Phobos und benötigt 30,3 Stunden, um den Mars zu umkreisen.

Beide Monde auf dem Mars haben viele Einschlagskrater auf ihrer Oberfläche, Deimos hat jedoch weniger als Phobos.

Krater auf dem Mond

The two largest craters are Swift, measuring a diameter of 1 km, and Voltaire, measuring 1.9 km in diameter.

Swift is named after the writer, Jonathan Swift, how authored “Gulliver’s Travels.” He wrote about two moons on the planet Mars 151 years before they were ever discovered.

Voltaire is named after François-Marie Arouet, the French writer known by the name of “Voltaire.”

Both Deimos and Phobos have stable orbits that almost totally circular. If they had been asteroids that had been captured or pushed into the orbit of Mars, their orbit would be more erratic. These two moons have given scientists a lot to think about.

How did Deimos form?

Some have a theory that they may have been formed from leftover Mars debris, while others think that maybe they were formed like our own moon, as a result of a collision.

Another idea blends both of these theories together stating that the collision debris could have turned into rings that eventually fused together to create the moons.

Both Phobos and Deimos have similar temperatures, from 25 degrees F/-4 C on the side that is lit by the sun, to -170 degrees F/-112 C on the side that is facing away from the sun.

While the moon Phobos is slowly inching closer to Mars, Deimos is moving further away from its parent planet. Eventually Deimos will leave the gravitational pull of Mars and enter into space.


Mystery solved: Martian moons formed by a giant impact

Artist’s impression of the giant impact that would have given birth to Martian moons Phobos and Deimos. The colliding object is about one-third the size of Mars &mdash which at the time may have had a thicker atmosphere and water on its surface. Illustration credit: © Université Paris Diderot / Labex UnivEarthS. The origin of the two Martian moons, Phobos and Deimos, remained a mystery. Due to their small size and irregular shape, they strongly resembled asteroids, but no one understood how Mars could have “captured” them and made them into satellites with almost circular and equatorial orbits. According to a competing theory, toward the end of its formation Mars suffered a giant collision with a protoplanet: but why did the debris from such an impact create two small satellites instead of one enormous moon, like the Earth’s? A third possibility is that Phobos and Deimos formed at the same time as Mars, which would entail that they have the same composition as their planet, although their low density seems to contradict this hypothesis. Two independent studies have now solved the puzzle: the Martian moons must have arisen from a giant collision.

In one of these studies, a team of Belgian, French, and Japanese researchers offers, for the first time, a complete and coherent scenario for the formation of Phobos and Deimos, which would have been created following a collision between Mars and a primordial body one-third its size, 100 to 800 million years after the beginning of the planet’s formation. According to researchers, the debris from this collision formed a very wide disc around Mars, made up of a dense inner part composed of molten matter, and a very thin outer part primarily of gas. In the inner part of this disc formed a moon one thousand times the size of Phobos, which has since disappeared. The gravitational interactions created in the outer disc by this massive object apparently acted as a catalyst for the gathering of debris to form other smaller, more distant moons. After a few thousand years, Mars was surrounded by a group of approximately ten small moons and one enormous moon. A few million years later, once the debris disc had dissipated, the tidal effects of Mars brought most of these satellites back down onto the planet, including the very large moon. Only the two most distant small moons, Phobos and Deimos, remained.

Due to the diversity of physical phenomena involved, no digital simulation is able to model the entire process. Pascal Rosenblatt and Sébastien Charnoz’s team thus had to combine three successive cutting-edge simulations in order to provide an account of the physics behind the giant collision, the dynamics of the debris resulting from the impact and its accretion to form satellites, and the long-term evolution of these satellites. Chronology of events that may have created Phobos and Deimos. Mars is struck by a protoplanet one-third its size (1). A debris disc forms within a few hours. The elementary building blocks of Phobos and Deimos (grains smaller than a micrometre) condense directly from gas in the outer part of the disc (2). The debris disc soon produces a moon near Mars that moves further away and propagates its two areas of dynamical influence like ripples (3), which over the course of a few thousand years causes the accretion of more dispersed debris into two small moons, Phobos and Deimos (4). Under the effect of the tidal pull of Mars, the large moon falls back to the planet within approximately five million years (5), while smaller Phobos and Deimos take up their current positions in the ensuing billions of years (6). Illustration credit: Antony Trinh / Royal Observatory of Belgium. Animation credit: Ade Ashford. In a second study, researchers from the Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) ruled out the possibility of a capture on the grounds of statistical arguments based on the compositional diversity of the asteroid belt. They moreover show that the light signature emitted by Phobos and Deimos is incompatible with that of the primordial matter that formed Mars (meteorites such as ordinary chondrite, enstatite chondrite and/or angrite). They therefore support the collision scenario. From this light signature they deduced that the satellites are made of fine-grained dust (smaller than a micrometer, or one-thousandth of a millimetre).

Yet the very small size of grains on the surface of Phobos and Deimos cannot, according to the researchers, be solely explained as the consequence of erosion from bombardment by interplanetary dust. This means that the satellites were from the beginning made up of very fine grains, which can only form by gas condensation in the outer area of the debris disc (and not from the magma present in the inner part). Both studies are in agreement on this point. Moreover, the formation of Martian moons from these very fine grains could also be responsible for a high internal porosity, which would explain their surprisingly low density.

The theory of the giant collision, which is corroborated by these two independent studies, could explain why the northern hemisphere of Mars has a lower altitude than the southern hemisphere: the Borealis basin is most probably the remains of a giant collision, such as the one that in time gave birth to Phobos and Deimos. It also helps explain why Mars has two satellites instead of a single one like our Moon, which was also created by a giant collision. This research suggests that the satellite systems that were created depended on the planet’s rotational velocity, because at the time Earth was rotating very quickly (in less than four hours), whereas Mars turned six times more slowly.

New observations will soon make it possible to know more about the age and composition of Martian moons. Japan’s space agency (JAXA) has decided to launch a mission in 2022, named Mars Moons Exploration (MMX), which will bring back samples from Phobos to Earth in 2027. Their analysis could confirm or invalidate this scenario. The European Space Agency (ESA) has planned a similar mission in 2024 in association with the Russian space agency (Roscosmos).


Schau das Video: Die Entstehung der Marsmonde Phobos und Deimos: Kollisionstheorie (Dezember 2021).