فوبوس وديموس: قمان ، من مصدر واحد؟

إن إعادة عقارب الساعة إلى الوراء على الزوج الغامض من أقمار المريخ فوبوس وديموس يمنح الباحثين نظرة ثاقبة لأصلهم المحتمل.

تقدم دراسة حديثة أدلة مهمة حول 'قصة المنشأ' المحتملة لقمري المريخ الصغيرين ، ديموس وفوبوس.

يقدم لنا علم الفلك الحديث لمحة سريعة ، نظرة على الوضع الحالي عبر النظام الشمسي ... ولكن كيف كانت الأشياء في الماضي البعيد؟ يمثل وجود قمرين صغيرين يدوران حول المريخ معضلة خاصة لعلماء الفلك. عن قرب ، يشبه فوبوس وديموس الكويكبات الصغيرة المشوهة التي تم التقاطها ... ولكن كيف وصلوا إلى المدارات الأنيقة والمرتبة التي نراها اليوم؟

تم التقاط فوبوس (القمر الكبير) وديموس معًا بواسطة مركبة Mars Express Orbiter التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. تنسب إليه : ESA / DLR / FU Berlin

إلى دراسة جديدة أجراه معهد الجيوفيزياء في ETH Zürich ، ومعهد الفيزياء في جامعة Zürich ، والمرصد البحري للولايات المتحدة المنشور في عدد فبراير 2021 من الطبيعة: علم الفلك عالجت هذه المشكلة مؤخرًا ، وكانت نتائجها مثيرة للاهتمام.

مدار فوبوس وديموس مقابل مارس إكسبرس وإم آر أو. ESA

الحكاية الغريبة لقمرين من المريخ

تم اكتشاف قمري المريخ من قبل عالم الفلك الأمريكي أساف هول باستخدام المنكسر الذي تم تركيبه حديثًا مقاس 26 بوصة في المرصد البحري الأمريكي خلال المعارضة الإيجابية في أغسطس 1877.

حتى أن وجود القمرين أثار بعض النظريات الغريبة على مر السنين. ادعى المنظرون المائلون رياضيًا أن المريخ يجب أن يكون له قمران حتى قبل اكتشاف هول ، بما يتناسب مع الإيقاع الأسي للزهرة (مع صفر) ، والأرض (بقمر واحد) والمشتري (بقمر واحد) ... ظهر هذا التأكيد الشهير في هجاء جوناثان سويفت عام 1726رحلات جاليفر، على الرغم من اكتشاف كوكب المشتري 5^ذكسر قمر أمالثيا Amalthea في عام 1892 هذا النمط الأنيق ، وألقى بهذه المصادفة في قسم الهامش للتاريخ الفلكي.

لكن فوبوس وديموس استمروا في إثارة الجدل حتى العشرين^ذمئة عام. حتى أن عالم الفلك الروسي يوسف شكلوفسكي قدم ادعاءًا غريبًا في عام 1958 بأن فوبوس كانت محطة فضائية اصطناعية (!) ، مرددًا خدعة متعمدة سابقة من كذبة أبريل ارتكبها عالم الفلك الشهير والتر سكوت هيوستن مدعيا الشيء نفسه. النظرات الأولى على Phobos بواسطة Mariner 7 في عام 1969 و Deimos بواسطة Mariner 9 في عام 1971 ، كشفت عن زوج من الصخور الفضائية الطبيعية ذات المظهر النثري.

من المؤكد أن فوبوس الذي يبلغ عرضه 22 كيلومترًا (13.7 ميلًا) فريد من نوعه مع تقدم الأقمار: فهو يدور حول المريخ مرة كل 7 ساعات و 39 دقيقة ، على ارتفاع 6000 كيلومتر (3700 ميل) فقط فوق سطح الكوكب الأحمر ، وهو أقرب بكثير من أي قمر آخر في النظام الشمسي مقابل مضيفها الأساسي. هذا يعني أيضًا أنه على عكس Deimos (وقمرنا) ، فإن Phobos يدور حول المريخأسرعمن دوران الكوكب ، مما يعني أنه عند النظر إليه من السطح ، فإنه يرتفع في الواقع فيغربومجموعات فيالشرق. يقع Deimos الذي يبلغ عرضه 12 كيلومترًا (7.5 ميل) فوق مدار المريخ المتزامن مباشرةً ، ويدور حول المريخ مرة كل 30 ساعة و 20 دقيقة.

قصة أصل لأقمار المريخ

على مر السنين ، ظهر سيناريوهان متنافسان لشرح وجود زوج من أقمار المريخ الفضوليين:

الخيار 1: إنها كويكبات تم التقاطها. ومع ذلك ، فإن هذا غير محتمل من منظور ميكانيكا المدار ، لأن مثل هذه الأحداث ذات طاقة عالية ، ولن تنتج مدارات مرتبة ومرتبة ذات اهتزاز منخفض وميل مداري منخفض كما نراه اليوم.

الخيار 2: تشكلت الأقمار جنبًا إلى جنب مع المريخ في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي ، ربما من 'قمر أولي' واحد أو تأثير عملاق على المريخ ، على غرار المصادم المقترح في 'Theia Hypothesis' الذي شكل قمر الأرض الكبير.

قال أمير خان (معهد زيورخ للجيوفيزياء): 'معظم الأقمار هي أجسام كبيرة ومستديرة ، وليست صغيرة وغير منتظمة الشكل مثل فوبوس وديموس'.الكون اليوم. هذا هو السبب في أن أقمار المريخ كانت تعتبر في الأصل أشياء تم التقاطها من حزام الكويكبات القريب. ومع ذلك ، وبسبب المشاكل الديناميكية المرتبطة بالأجسام التي تم التقاطها ، فقد وقع هذا السيناريو في حالة من الاستياء ، ونتيجة لذلك ، تم طرح نماذج التكوين في الموقع '.

تتنبأ الجوانب الدقيقة للكتل الكلية للأقمار بكيفية تطور مداراتها. تعمل قوى المد والجزر على الأقمار بمرور الوقت ، لكن الطاقة الإجمالية في النظام تظل دائمًا ثابتة بشكل عام ، وفقًا لقانون حفظ الزخم الزاوي.

قال مايكل إفرويمسكي (مرصد البحرية الأمريكية): 'يوجد ارتفاع حرج يسمى نصف القطر المتزامن'الكون اليوم.'إذا كان القمر تحت نصف القطر المتزامن ، فإن المد والجزر على الكوكب سوف تسحب القمر لأسفل. هذا هو الحال مع فوبوس '

مدارات فوبوس وديموس ، مقابل حد روش للمريخ والمدار المتزامن. الائتمان: ديف ديكنسون

بالنسبة إلى المريخ ، يقع نصف القطر المتزامن على ارتفاع 17.032 كيلومترًا (10583 ميلًا) فوق سطح الكوكب. فوبوس أقل بكثير من هذا الحد ، حيث تتخلف قوة المد لكوكب المريخ خلفه وتجره إلى أسفل. تجاوز ديموس هذا الحد ، وقوة المد والجزر تقود القمر الصغير ، وتدفعه بلطف إلى الخارج من المريخ. حركة ديموس الخارجية هي 2 مليمتر (0.08 بوصة) في السنة ، أبطأ من قمرنا الذي يبلغ 3.8 سم (1.5 بوصة) في السنة. ربما لن يهرب ديموس من المريخ في عمر نظامنا الشمسي.

طرح فريق البحث سؤالاً عما كان يمكن أن يبدو عليه نظام القمر المريخي في الماضي ، بناءً على اللقطة التي نراها اليوم. لقد طوروا نموذجًا رياضيًا لانتشار مدارات الأقمار بمرور الوقت. أجرى الباحث الرئيسي في الدراسة أمير حسين باقري (معهد الجيوفيزياء ، ETH زيورخ) مئات الدورات العددية لتطور مداري فوبوس وديموس إلى الماضي البعيد.

'هل من المؤكد حقًا أن جسمًا فوق نصف القطر المتزامن محكوم عليه بالطيران بعيدًا ، والآخر أدناه محكوم عليه بالسقوط مرة أخرى باتجاه الكوكب؟' يقول إفرويمسكي. بالعودة إلى الوراء في عمليات المحاكاة ، أدرك الباحثون أنه 'في وقت ما في الماضي ، تقاطع مداري فوبوس وديموس' ، كما يقول إفرويمسكي. تستشهد الدراسة بفترة زمنية تعود إلى ما يقرب من 1 إلى 2.7 مليار سنة مضت ، عندما كانت مدارات الأقمار قد عبرت مسارات.

يقول باقري: 'يشير تقاطع المدارات إلى أن الأقمار ولدت من سلف مشترك'. 'تم تعطيل الجسم الأم على الأرجح بواسطة مصادم خلال الفترة الزمنية المذكورة سابقًا. يشير سطح المريخ المليء بالفوهات إلى أن الكوكب قد أصيب بالعديد من هذه الأجسام '.

بالطبع ، يعتمد تحديد هذه المرة على معرفة التركيب الدقيق للأقمار ، من أجل فهم التأثير الذي ستحدثه قوى المد والجزر عليها بمرور الوقت.

العديد ، إن لم يكن معظم الكويكبات التي رأيناها عن قرب هي 'أكوام أنقاض' فضفاضة من الصخور. يعود الأمر إلى المسامية مقابل الكثافة: كلا قمري المريخ أقل كثافة من الماء بمرتين ، مما يشير إلى أنهما مرتبطان ببعضهما البعض داخليًا. يلاحظ إفرويمسكي ، مع ذلك ، أن فوبوس لديه ضربة حرفية كبيرة لصالح المتانة: فوهة ستكني الكبيرة على أحد طرفي القمر. شوهدت لأول مرة بواسطة Mariner 9 وتم تسميتها على اسم زوجة Asaph Hall Chloe Angeline Stickney Hall قبل الزواج ، لم تنجح هذه الضربة الكبيرة في تحطيم القمر.

صور Phobos بواسطة المركبة المدارية Viking 1 في عام 1977. فوهة Stickney هي حوض التأثير الكبير على أحد طرفيه. الائتمان: ناسا.

قطعة أخرى من اللغز تدعم أيضًا أصل تأثير المريخ للأقمار: أ دراسة 2018 ، والذي يستشهد ب ميزة حوض بورياليس في النصف الشمالي من كوكب المريخ كموقع محتمل لتأثير تشكيل 'القمر البدائي' ، في وقت ما منذ حوالي 4.5 مليار سنة في وقت مبكر جدًا من تاريخ النظام الشمسي.

إن معرفة ما تتكون منه أقمار المريخ من شأنه أن يقطع شوطًا طويلاً نحو معرفة مصير كل منهما في المستقبل البعيد. قامت بعثات مثل Mars Express التابع لوكالة الفضاء الأوروبية بتصوير كلا القمرين عن قرب. تمنح Flybys أيضًا Mars Express قوة جذب طفيفة ، مما يسمح للباحثين بتحسين كتل القمرين. فضول حتى اشتعلت عدة حلقية مشوهة الكسوف الشمسي للأقمار في عام 2019 ، مما يتيح لعلماء الفلك تحسين فهمنا لمدارات الأقمار.

يمر القمر فوبوس عبر قرص الشمس ، كما يُرى من المركبة الفضائية المريخ كيوريوسيتي. ناسا / مختبر الدفع النفاث.

رحلة إلى المريخ في 10 نوفمبر 2084 ، ويمكنك مشاهدة عبور الأرض والقمر عبر وجه الشمس ... جنبًا إلى جنب مع 'خسوف فوبوس':

كما أن لدى Mars InSight التابع لوكالة ناسا كسوف الشمس 'المرئي' ناتج عن مرور فوبوس في الانخفاضات الطفيفة لأداة التجربة الزلزالية للهيكل الداخلي (SEIS) ... ولكن اتضح أن هذه الأحداث لم تكن بسبب انخفاض الطاقة الشمسية ، ولكن الانخفاض في درجة الحرارة الناجم عن مرور القمر جزئيًا التعتيم على الشمس ، وتبريد الأرض قليلاً وتثبيتها تحت المسبار.

يقول خان: 'من أجل القيام بالتكامل العكسي للمدارات ، نحتاج إلى توصيل نماذج الهياكل الداخلية للمريخ وأقماره'. 'هذا هو المكان الذي يأتي فيه كل من InSight و Mars Express.' يمكن لـ InSight استكشاف الجزء الداخلي من الكوكب الأحمر من خلال توثيق 'المستنقعات'. يمكن للباحثين أيضًا فحص الهيكل الداخلي للمريخ وكيفية تشوه كتلته الداخلية وتوزيعها من خلال تحليل مدار مركبة الفضاء Mars Express بعناية.

ما الباحثينهل حقاأحب القيام بذلك هو إرسال مركبات الهبوط إلى أي من القمرين أو كليهما ، وإعادة عينات إلى الأرض لمزيد من الدراسة. حاولت روسيا القيام بذلك مع إطلاق مهمة Phobos-Grunt في عام 2011 ، والتي فشلت في مغادرة مدار الأرض بسبب خلل في مرحلة Fregat العليا ، وعادت إلى الغلاف الجوي للأرض في 15 كانون الثاني (يناير) 2012.

في حين أن روسيا لديها خطط غامضة لمحاولة متابعة مهمة Phobos-Grunt 2 في وقت ما في العقد القادم ، قد تكون وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) هي الأولى ، مع استكشاف أقمار المريخ (MMX) لاستكشاف نظام القمر المريخي ، التي انطلقت في عام 2024. يمكن أن تؤدي المقارنة والمقارنة بين تكوين القمرين إلى تحديد قصة نشأتهما ، مرة واحدة وإلى الأبد.

المسار المقترح لبعثة MMX. تنسب إليه: جاكسا .

يقول خان: 'تحليل هذا (عودة العينة) سيخبرنا بعد ذلك بتكوين فوبوس'. 'إذا اتضح أن التكوين يشبه المريخ ، فهذا يشير إلى التكوين في الموقع ، بينما إذا كان التكوين مختلفًا ، فقد يشير ذلك إلى أن الأقمار نشأت في مكان آخر.'

في المستقبل البعيد

ونعم ، بينما ينجرف ديموس الصغير بعيدًا عن المريخ ، فإن فوبوس محكوم عليه بالاصطدام بالكوكب الأحمر في حوالي 40 مليون سنة. يمكن أن يؤثر على الكوكب في قطعة واحدة عملاقة ، أو يمكن لقوى المد التي يمارسها المريخ أن تمزقه إلى أشلاء أولاً. يقترب فوبوس داخل حدود روش للمريخ على ارتفاع 5470 كيلومترًا (3400 ميل) فوق سطح الكوكب ، وهي النقطة التي تتجاوز فيها قوى المد والجزر من الكوكب سلامته الداخلية بسبب الجاذبية. يُظهر فوبوس بالفعل أخاديد طويلة على سطحه ، وهي دليل على إجهاد التصدع الذي يقع تحته حاليًا. إذا كان الأمر كذلك ، فقد يظهر كوكب المريخ لفترة وجيزة حلقة من الدمار الناتج لفوبوس لعدة آلاف من السنين ، وربما يجعل الكوكب يبدو مختلفًا بشكل ملحوظ عند العدسة.

يمكنك حتى اكتشاف Deimos و Phobos بنفسك ، فإن المقاومة نصف السنوية للكوكب الأحمر هي أفضل وقت للمحاولة ... ولكن كن حذرًا: +11.8 درجة Phobos و +12.9 درجة Deimos هي أشياء صعبة للقبض عليها ، لأنها لا تبتعد أبدًا عن الذكاء -2 حجم المريخ. أفضل رهان لك هو معرفة متى يكون القمر في أقصى استطالة ، واستخدام عدسة مزودة بقضيب غامض لمنع المريخ اللامع من الرؤية.

إنه لأمر مدهش أن نفكر ، قد نعرف قريبًا من أين أتت أقمار المريخ الغريبة ، وما الذي يخبئها لهم في المستقبل البعيد.

ائتمان الصورة الرئيسية:فوبوس مقابل المريخ ، كما تراه المركبة المدارية مارس إكسبريس التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. الائتمان: ESA / DLR / Mars Express / Peter Masek