We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Die Monde des Mars haben das Aussehen von eingefangenen Asteroiden. Wie konnte es zu dieser Gefangennahme kommen? Ein Asteroid in der Sonnenumlaufbahn müsste etwas an Schwung verlieren, um eingefangen zu werden. Die Gasriesen können neue Monde durch 3-Körper-Wechselwirkungen zwischen dem Asteroiden und ihren bestehenden Monden einfangen, aber der Mars hat dieses Problem nicht. Airbreaking würde zum Aufprall führen, nicht zum Einfangen.
Eine Antwort hier legt nahe, dass sich die Monde vor kurzem (Millionen von Jahren, nicht Milliarden) gebildet haben könnten, nachdem ein Aufprall eine beträchtliche Menge an Material in die Marsbahn geschleudert hatte. Was ist der Beweis dafür? Gibt es einen Einschlagskrater der richtigen Größe und des richtigen Alters? Wurden beide Monde zusammen gebildet?
Sie haben Recht, die Monde des Mars haben sich wahrscheinlich nicht aus der gleichen Staubmasse gebildet wie sie; ihre Spektren, Albedo und Dichte sind denen von C- oder D-Typ-Asteroiden verdächtig ähnlich. So hat der Mars vermutlich Phobos und Deimos aus dem Asteroidengürtel eingefangen. Der Ursprung der Marsmonde ist jedoch ziemlich umstritten.
Burns (1992) stellt fest, dass das Einfangen den Verlust von Energie (und Schwung, wie Sie betont haben) erfordert. Offensichtlich müsste also etwas diese Energie zerstreuen. Der unmittelbare Kandidat ist Aerobraking, aber wir stoßen auf ein Problem: Die Atmosphäre des Mars ist zu dünn, um ein Objekt von Phobos-Größe durch Aerobraking einzufangen. Selbst wenn die Aerobremsung Phobos und Deimos einfangen könnte, deuten die Dichten beider Monde darauf hin, dass sie möglicherweise strukturell nicht überleben.
Um dies zu beantworten, wurden mehrere Hypothesen vorgeschlagen. Landis (2001) schlägt vor, dass Gezeitenkräfte zu verdanken sind:
Die Existenz von Asteroidenmonden bietet einen Mechanismus zum Einfangen der Marsmonde (und der kleinen Monde der äußeren Planeten). Wenn sich ein binärer Asteroid einem Planeten nähert, können Gezeitenkräfte den Mond vom Asteroiden trennen. Je nach Phasenlage kann der Asteroid dann eingefangen werden. Derselbe Prozess kann eindeutig verwendet werden, um den Ursprung jedes der kleinen Monde im Sonnensystem zu erklären.
Laut Geoffrey Landis könnten Deimos und Phobos jeweils Monde von Mutter-Asteroiden gewesen sein, und sie wurden aufgrund von Gezeitenkräften getrennt:
Dies würde erklären, wie Phobos und Deimos als Monde überleben könnten. Ich könnte die anderen Hypothesen erwähnen, aber Landis würde Ihre Frage ziemlich gut beantworten.
Im Moment gibt es keinen klaren Konsens darüber, wie Phobos und Deimos zu Monden wurden. Weitere Forschung ist noch erforderlich, und wir müssen möglicherweise unsere Modelle für die Entwicklung des Mars und des Asteroidengürtels modifizieren.
Inhalt
Frühe Spekulationen Bearbeiten
Spekulationen über die Existenz der Marsmonde hatten begonnen, als die Monde des Jupiter entdeckt wurden. Als Galileo Galilei als versteckten Bericht darüber, dass er zwei Unebenheiten an den Seiten des Saturn beobachtet hatte (später als seine Ringe entdeckt), das Anagramm verwendete smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras zum Altissimum Planetam Tergeminum Observavi ("Ich habe beobachtet, dass der am weitesten entfernte Planet eine dreifache Form hat"), hatte Johannes Kepler das falsch interpretiert: Salve umbistineum geminatum Martia proles (Hallo, wütende Zwillinge, Söhne des Mars). [4]
Vielleicht inspiriert von Kepler (und unter Berufung auf Keplers drittes Gesetz der Planetenbewegung), Jonathan Swifts Satire Gullivers Reisen (1726) bezieht sich auf zwei Monde in Teil 3, Kapitel 3 (die "Reise nach Laputa"), in dem beschrieben wird, dass Laputas Astronomen zwei Mars-Satelliten entdeckt haben, die in Abständen von 3 und 5 Marsdurchmessern mit Perioden von 10 und 21,5 . umkreisen Std. Phobos und Deimos (beide 1877 gefunden, mehr als ein Jahrhundert nach Swifts Roman) haben tatsächliche Umlaufbahnabstände von 1,4 und 3,5 Marsdurchmessern und ihre jeweiligen Umlaufzeiten betragen 7,66 und 30,35 Stunden. [5] [6] Im 20. Jahrhundert spekulierte V. G. Perminov, ein Raumschiff-Designer der frühen sowjetischen Mars- und Venus-Raumschiffe, Swift fand und entschlüsselte Aufzeichnungen, die Marsianer auf der Erde hinterlassen hatten. [7] Die meisten Astronomen sind jedoch der Ansicht, dass Swift einfach ein gängiges Argument der Zeit verwendete, dass die inneren Planeten Venus und Merkur keine Satelliten hatten, die Erde einen und Jupiter vier (damals bekannt), dass Der Mars muss analog zwei haben. Da sie noch nicht entdeckt worden waren, wurde außerdem argumentiert, dass sie klein und nahe am Mars sein müssen. Dies würde Swift zu einer ungefähr genauen Schätzung ihrer Bahnentfernungen und Umlaufzeiten führen. Außerdem hätte Swift bei seinen Berechnungen von seinem Freund, dem Mathematiker John Arbuthnot, geholfen werden können. [8]
Voltaires Kurzgeschichte "Micromégas" von 1752 über einen außerirdischen Besucher der Erde bezieht sich ebenfalls auf zwei Monde des Mars. Voltaire wurde vermutlich von Swift beeinflusst. [9] [10] In Anerkennung dieser 'Vorhersagen' werden zwei Krater auf Deimos Swift und Voltaire genannt, [11] [12] während es auf Phobos einen namens Regio gibt. Laputa-Region, und eine namens Planitia, Lagado Planitia, die beide nach Orten in benannt sind Gullivers Reisen (die fiktive Laputa, eine fliegende Insel, und Lagado, die imaginäre Hauptstadt der fiktiven Nation Balnibarbi). [13] Viele der Krater auf Phobos sind auch nach Charakteren in benannt Gullivers Reisen. [14]
Entdeckung Bearbeiten
Asaph Hall entdeckte Deimos am 12. August 1877 gegen 07:48 UTC und Phobos am 18. August 1877 im US Naval Observatory (dem Old Naval Observatory in Foggy Bottom) in Washington, DC, gegen 09:14 GMT (zeitgenössisch). Quellen, die die astronomische Konvention vor 1925 verwenden, die den Tag mittags begann, [15] geben den Zeitpunkt der Entdeckung als 11. August, 14.40 Uhr bzw. 17. August 16.06 Uhr (Washington Mean Time) an. [16] [17] [18] Zu dieser Zeit suchte er bewusst nach Marsmonden. Hall hatte zuvor am 10. August einen scheinbaren Marsmond gesehen, aber aufgrund des schlechten Wetters konnte er sie erst später definitiv identifizieren.
Hall notierte seine Entdeckung von Phobos in seinem Notizbuch wie folgt: [19]
Das für die Entdeckung verwendete Teleskop war der 26-Zoll (66 cm) Refraktor (Teleskop mit einer Linse), der sich damals am Foggy Bottom befand. [20] 1893 wurde die Linse wieder montiert und in eine neue Kuppel eingebaut, wo sie bis ins 21. Jahrhundert erhalten bleibt. [21]
Die Namen, ursprünglich geschrieben Phobus und Deimuswurden von Henry Madan (1838–1901), Science Master of Eton, aus Buch XV der Ilias, wo Ares Angst und Schrecken beschwört. [22] Die Enkelin von Henry Madans Bruder Falkner Madan war Venetia Burney, die zuerst den Namen des Planeten Pluto vorschlug.
Mars-Mond-Scherz Bearbeiten
1959 verübte Walter Scott Houston in der April-Ausgabe des . einen gefeierten Aprilscherz Beobachter der Great Plains, behauptet, dass "Dr. Arthur Hayall von der University of the Sierras berichtet, dass die Monde des Mars tatsächlich künstliche Satelliten sind". Sowohl Dr. Hayall als auch die University of the Sierras waren frei erfunden. Der Schwindel erlangte weltweite Aufmerksamkeit, als Houstons Behauptung von einem sowjetischen Wissenschaftler, Iosif Shklovsky, [23] ernsthaft wiederholt wurde, der auf der Grundlage einer später widerlegten Dichteschätzung vermutete, dass Phobos eine hohle Metallhülle sei.
Letzte Umfragen Bearbeiten
Es wurde nach weiteren Satelliten gesucht. 2003 untersuchten Scott S. Sheppard und David C. Jewitt fast die gesamte Hill-Sphäre des Mars auf irreguläre Satelliten. Streulicht vom Mars hinderte sie jedoch daran, die inneren Bogenminuten abzusuchen, in denen sich die Satelliten Phobos und Deimos befinden. Es wurden keine neuen Satelliten mit einer scheinbaren Grenzrotstärke von 23,5 gefunden, was bei einer Albedo von 0,07 Radien von etwa 0,09 km entspricht. [24]
Von der Marsoberfläche in der Nähe des Äquators betrachtet, sieht der volle Phobos etwa ein Drittel so groß aus wie ein Vollmond auf der Erde. Es hat einen Winkeldurchmesser zwischen 8' (steigend) und 12' (über Kopf). Aufgrund seiner engen Umlaufbahn würde es kleiner aussehen, wenn sich der Beobachter weiter vom Mars-Äquator entfernt befindet und sich unterhalb des Horizonts befindet und daher von den polaren Eiskappen des Mars aus unsichtbar ist. Deimos sieht für einen Beobachter auf dem Mars eher wie ein heller Stern oder Planet aus, nur etwas größer als die Venus von der Erde aus aussieht, hat er einen Winkeldurchmesser von etwa 2'. Der Winkeldurchmesser der Sonne, vom Mars aus gesehen, beträgt dagegen etwa 21'. Somit gibt es auf dem Mars keine totalen Sonnenfinsternisse, da die Monde viel zu klein sind, um die Sonne vollständig zu bedecken. Auf der anderen Seite passieren fast jede Nacht totale Mondfinsternisse von Phobos. [25]
Die Bewegungen von Phobos und Deimos würden sich sehr von denen des Erdmondes unterscheiden. Speedy Phobos steigt im Westen auf, geht im Osten unter und steigt in nur elf Stunden wieder auf, während Deimos, das sich nur knapp außerhalb der synchronen Umlaufbahn befindet, im Osten erwartungsgemäß, aber sehr langsam aufsteigt. Trotz seiner 30-Stunden-Umlaufbahn dauert es 2,7 Tage, bis er im Westen untergeht, da er langsam hinter die Rotation des Mars zurückfällt.
Beide Monde sind durch die Gezeiten verbunden und zeigen immer das gleiche Gesicht zum Mars. Da Phobos den Mars schneller umkreist, als sich der Planet selbst dreht, verringern die Gezeitenkräfte langsam aber stetig seinen Umlaufradius. Irgendwann in der Zukunft, wenn er sich dem Mars nahe genug nähert (siehe Roche-Grenze), wird Phobos von diesen Gezeitenkräften aufgebrochen und bildet einen Ring um den Mars oder stürzt auf den Mars. [26] [27] Mehrere Kraterreihen auf der Marsoberfläche, die mit zunehmendem Alter weiter vom Äquator geneigt sind, legen nahe, dass es andere kleine Monde gegeben haben könnte, die das von Phobos erwartete Schicksal erlitten haben, und dass die Marskruste als Ganzes zwischen diesen Ereignissen verschoben. [28] Deimos hingegen ist weit genug entfernt, um stattdessen seine Umlaufbahn langsam anzukurbeln, [29] wie beim Erdmond.
Orbitaldetails Bearbeiten
(Laden Sie das Bild in voller Größe, um beide Monde des Mars zu sehen.)
Der Ursprung der Marsmonde ist immer noch umstritten. [30] Phobos und Deimos haben beide viel mit kohlenstoffhaltigen C-Typ-Asteroiden gemeinsam, wobei Spektren, Albedo und Dichte denen von C- oder D-Typ-Asteroiden sehr ähnlich sind. [31] Aufgrund ihrer Ähnlichkeit besteht eine Hypothese darin, dass beide Monde eingefangene Asteroiden des Hauptgürtels sein könnten. [6] [32] Beide Monde haben sehr kreisförmige Bahnen, die fast genau in der Äquatorialebene des Mars liegen, und daher erfordert ein Fangursprung einen Mechanismus zur Zirkularisierung der anfänglich stark exzentrischen Bahn und zur Anpassung ihrer Neigung in die Äquatorebene, höchstwahrscheinlich um a Kombination von atmosphärischem Widerstand und Gezeitenkräften, [33] obwohl nicht klar ist, ob für Deimos genügend Zeit dafür zur Verfügung steht. [30] Das Einfangen erfordert auch die Ableitung von Energie. Die gegenwärtige Atmosphäre des Mars ist zu dünn, um ein Objekt von Phobos-Größe durch atmosphärisches Bremsen einzufangen. [30] Geoffrey Landis hat darauf hingewiesen, dass die Einfangung stattgefunden haben könnte, wenn der ursprüngliche Körper ein binärer Asteroid war, der sich unter Gezeitenkräften trennte. [32]
Phobos könnte ein Objekt der zweiten Generation des Sonnensystems sein, das nach der Entstehung des Mars in einer Umlaufbahn verschmolzen ist, anstatt sich gleichzeitig aus derselben Geburtswolke wie der Mars zu bilden. [34]
Eine andere Hypothese ist, dass der Mars einst von vielen Körpern von Phobos- und Deimos-Größe umgeben war, die vielleicht durch eine Kollision mit einem großen Planetesimal in eine Umlaufbahn geschleudert wurden. [35] Die hohe Porosität des Inneren von Phobos (basierend auf der Dichte von 1,88 g/cm 3 werden Hohlräume auf 25 bis 35 Prozent des Volumens von Phobos geschätzt) ist nicht mit einem asteroidalen Ursprung vereinbar. [36] Beobachtungen von Phobos im thermischen Infrarot legen eine Zusammensetzung nahe, die hauptsächlich Schichtsilikate enthält, die von der Marsoberfläche bekannt sind. Die Spektren unterscheiden sich von denen aller Klassen von Chondrit-Meteoriten und weisen wiederum von einem asteroidalen Ursprung weg. [37] Beide Befunde unterstützen einen Ursprung von Phobos aus Material, das durch einen Einschlag auf dem Mars ausgestoßen wurde und in der Marsbahn reakkretiert wurde, [38] ähnlich der vorherrschenden Theorie für den Ursprung des Erdmondes.
Die Monde des Mars könnten mit einer riesigen Kollision mit einem Protoplaneten begonnen haben, der ein Drittel der Masse des Mars, der einen Ring um den Mars bildete, bildete. Der innere Teil des Rings bildete einen großen Mond. Gravitationsinteraktionen zwischen diesem Mond und dem äußeren Ring bildeten Phobos und Deimos. Später stürzte der große Mond auf den Mars, aber die beiden kleinen Monde blieben in der Umlaufbahn. Diese Theorie stimmt mit der feinkörnigen Oberfläche der Monde und ihrer hohen Porosität überein. Die äußere Scheibe würde feinkörniges Material erzeugen. [39] [40] Simulationen deuten darauf hin, dass das Objekt, das mit dem Mars kollidierte, innerhalb des Größenbereichs von Ceres und Vesta liegen musste, da ein größerer Einschlag eine massivere Scheibe und Monde erzeugt hätte, die das Überleben winziger Monde wie Phobos und Deimos verhindert hätten . [41]
Zuletzt stellten Amirhossein Bagheri und seine Kollegen von der ETH Zürich und dem US Naval Observatory eine neue Hypothese zur Entstehung der Monde auf. Durch die Analyse der seismischen und orbitalen Daten der Mars InSight Mission und anderer Missionen schlugen sie vor, dass die Monde aus der Störung eines gemeinsamen Mutterkörpers vor etwa 1 bis 2,7 Milliarden Jahren entstanden sind. Der gemeinsame Stammvater von Phobos und Deimos wurde höchstwahrscheinlich von einem anderen Objekt getroffen und zerschmettert, um Phobos und Deimos zu bilden. [42]
Während viele Marssonden Bilder und andere Daten über Phobos und Deimos lieferten, waren nur wenige diesen Satelliten gewidmet und sollten einen Vorbeiflug oder eine Landung auf der Oberfläche durchführen.
Zwei Sonden im Rahmen des sowjetischen Phobos-Programms wurden 1988 erfolgreich gestartet, aber keine der beiden führte aufgrund von Fehlern die beabsichtigten Sprunglandungen auf Phobos und Deimos durch (obwohl Phobos 2 erfolgreich fotografierte Phobos). Der postsowjetische Russe Fobos-Grunt Die Sonde sollte die erste Probenrückkehrmission von Phobos sein, aber ein Raketenausfall ließ sie 2011 in der Erdumlaufbahn stranden.
1997 und 1998 wurde die Aladdin-Mission als Finalist im NASA Discovery Program ausgewählt. Der Plan war, sowohl Phobos als auch Deimos zu besuchen und Projektile auf die Satelliten abzufeuern. Die Sonde würde den Auswurf sammeln, während sie einen langsamen Vorbeiflug durchführte. Diese Proben würden drei Jahre später zur Untersuchung auf die Erde zurückgebracht. Letztendlich lehnte die NASA diesen Vorschlag zugunsten von . ab BOTE, eine Sonde zum Merkur.
Im Jahr 2007 schlugen die Europäische Weltraumorganisation und EADS Astrium eine Mission zu Phobos vor und entwickelten sie 2016 mit einem Lander und einer Probenrückgabe, aber diese Mission wurde nie geflogen. Seit 2007 erwägt die Canadian Space Agency die PRIME-Mission zu Phobos mit Orbiter und Lander. Seit 2008 begann das NASA Glenn Research Center mit der Untersuchung einer Phobos- und Deimos-Probenrückgabemission. Seit 2013 hat die NASA das Missionskonzept Phobos Surveyor mit einem Orbiter und einem kleinen Rover entwickelt, der voraussichtlich nach 2023 starten soll. [ Zitat benötigt ] Die vorgeschlagene PADME-Mission der NASA soll 2020 starten und 2021 die Marsumlaufbahn erreichen, um mehrere Vorbeiflüge an den Marsmonden durchzuführen. [ Zitat benötigt ] Außerdem bewertet die NASA die OSIRIS-REx II-Konzeptmission für eine Probenrückgabe von Phobos. [43] Eine weitere Beispiel-Rückkehrmission von Deimos, genannt Gulliver. wurde konzeptioniert. [44] Russland plant, die Fobos-Grunt-Mission um 2024 zu wiederholen. [ Zitat benötigt ]
Die Monde des Mars
Der Mars hat zwei Monde, die den Planeten sehr eng umkreisen: Phobos, was "Angst" bedeutet, und Deimos, was "Panik" bedeutet.
Phobos umkreist den Mars in einer Entfernung von nur 9.377 Kilometern (5.827 Meilen). Deimos ist mit 23.460 Kilometern (14.580 Meilen) weiter entfernt. Im Vergleich dazu umkreist der Erdmond die Erde in einer Entfernung von 384.400 Kilometern (238.855 Meilen). Auch die Monde des Mars sind unregelmäßig geformt und sehr klein. Phobos ist nur 28 mal 20 Kilometer (17 Meilen mal 12 Meilen) groß. Deimos ist mit 16 mal 12 Kilometern sogar noch kleiner. Die beiden Monde ähneln Asteroiden im Asteroidengürtel, einem Gebiet mit einer großen Anzahl von Asteroiden, die die Sonne zwischen Mars und Jupiter, dem nächsten Planeten im Sonnensystem, umkreisen. Einige Wissenschaftler glauben, dass die beiden Monde Asteroiden sind, die vom Mars eingefangen wurden und nun den Planeten umkreisen. Es wird angenommen, dass der Meteor, der die Erde traf und zum Aussterben der Dinosaurier führte, ungefähr die gleiche Größe hatte wie einer der Marsmonde.
Phobos umkreist den Mars in etwa 7 Stunden, während Deimos 30 Stunden braucht, um den Planeten zu umkreisen. Im Vergleich zu den 28 Tagen, die der Mond braucht, um die Erde zu umkreisen. Phobos hat einen riesigen Krater auf seiner Oberfläche mit sichtbaren Rissen vom Einschlag. Der Meteor, der Phobos getroffen hat, muss fast den Mond zerschmettert haben. Im Vergleich dazu ist die Oberfläche von Deimos sehr glatt, mit sehr wenigen Kratern von Meteoriteneinschlägen. Andererseits würde ein Meteor, der entweder Phobos oder Deimos trifft, eher die Monde zerstören als Einschlagskrater erzeugen! Es wird angenommen, dass Phobos allmählich seine Umlaufbahn um den Mars verliert und dass der Mond in etwa 30 Millionen Jahren entweder durch die stärkere Gravitation des Mars auseinandergerissen wird, in Millionen von Fragmenten zersplittert und möglicherweise ein Ringsystem um die Planeten bildet, ähnlich wie Saturn, oder der Mond wird den Planeten treffen. Dies wird einen riesigen Krater auf der Oberfläche des Planeten hinterlassen. Der Mars wird von 'Angst!' getroffen.
Die Gefährten des Mars, Phobos und Deimos, könnten die Überbleibsel eines verlorenen Mondes sein
Der Mars hat zwei Monde namens Phobos und Deimos, die mythologische Personifikation von Angst bzw. Furcht. Diese Objekte unterscheiden sich stark von unserem eigenen Mond, der groß und meist kugelförmig ist, und galt lange Zeit als eingefangene Asteroiden. Neuere Forschungen haben weiterhin Lücken in dieser Idee gefunden, und eine neue Studie hat einen sehr faszinierenden Anspruch. Früher waren die beiden Monde eins.
Wie in Nature Astronomy berichtet, haben Forscher geophysikalische Daten und Modelle über die Bahnbewegung des Mondes verwendet, um die Uhr zurückzudrehen. Und es stellt sich heraus, dass Phobos und Deimos vor Milliarden von Jahren am selben Ort um den Mars waren. Der offensichtliche Vorschlag ist, dass sie einst ein einziges größeres Objekt waren.
Phobos hat einen Durchmesser von 22 Kilometern und Deimos etwas mehr als die Hälfte davon. Die Arbeit legt nahe, dass vor 1 bis 2,7 Milliarden Jahren ein einzelner Mond den Roten Planeten umkreiste.
"Phobos und Deimos sind die Überbleibsel dieses verlorenen Mondes", sagte Hauptautor Amirhossein Bagheri, Doktorand am Institut für Geophysik der ETH Zürich, in einer Erklärung. „Die genaue Zeit hängt von den physikalischen Eigenschaften von Phobos und Deimos ab, also davon, wie porös sie sind.“
Der Schlüssel zu dieser Arbeit waren Daten, die vom InSight-Seismometer der NASA gesammelt wurden. Die Instrumente messen Marsbeben und all diese Schwingungen, die der Rote Planet erfährt. Dies informiert Wissenschaftler über die inneren Eigenschaften des Planeten und die Wirkung der Gezeitenkräfte von den Monden auf den Mars und umgekehrt. Diese Kräfte führen zu einer Energiedissipation, deren Stärke von Körpergröße, Zusammensetzung und Entfernung abhängt.
Das vollständige Bild des Mars-Mondsystems fehlt noch, aber wir haben lange vorgeschlagen, dass Phobos den Untergang bevorsteht. Forscher erwarten, dass es innerhalb von 40 Millionen Jahren den Mond nicht mehr geben wird. Phobos kommt dem Mars langsam aber sicher immer näher. Dies könnte zu einer eventuellen Kollision mit dem Planeten führen. Oder der Mond könnte auseinandergerissen werden und dem Mars sein ganz eigenes Ringsystem liefern.
Eine andere Hypothese sieht diese Ringbildung als Teil eines Zyklus, in dem Phobos periodisch auseinandergerissen wird, wobei ein Teil des Materials auf den Mars fällt und ein Teil wieder zu einem Mond zusammenwächst.
Zur Zusammensetzung von Phobos sind weitere Daten erforderlich. Die japanische Raumfahrtbehörde JAXA plant zu diesem Zweck die Mission Martian Moons Exploration, die voraussichtlich um 2025 zum Mars fliegen und vor ihrer Rückkehr zur Erde Proben von Phobos sammeln soll.
Forscher sagen, dass sie das rätselhafte Geheimnis der Monde des Mars gelöst haben
Phobos und Deimos sind die Überreste eines größeren Marsmonds, der vor 1 bis 2,7 Milliarden Jahren zerstört wurde, sagen Forschende des Instituts für Geophysik der ETH Zürich und des Physikalischen Instituts der Universität Zürich. Zu diesem Schluss kamen sie in Zusammenarbeit mit dem U.S. Naval Observatory anhand von Computersimulationen und seismischen Aufzeichnungen der InSight-Mars-Mission.
Die beiden Monde des Mars, Phobos und Deimos, haben Forscher seit ihrer Entdeckung im Jahr 1877 verwirrt. Sie sind sehr klein: Der Durchmesser von Phobos ist mit 22 Kilometern 160-mal kleiner als der unseres Mondes, und Deimos ist mit einem Durchmesser von nur 12 Kilometern noch kleiner . „Unser Mond ist im Wesentlichen kugelförmig, während die Monde des Mars sehr unregelmäßig geformt sind – wie Kartoffeln“, sagt Amirhossein Bagheri, Doktorand am Institut für Geophysik der ETH Zürich und fügt hinzu: „Phobos und Deimos sehen eher aus wie Asteroiden als natürliche Monde.“ .“
Dies führte zu dem Verdacht, dass es sich tatsächlich um Asteroiden handeln könnte, die im Schwerefeld des Mars eingefangen wurden. „Aber da fingen die Probleme an“, sagt Bagheri. Es wird erwartet, dass eingefangene Objekte einer exzentrischen Umlaufbahn um den Planeten folgen, und diese Umlaufbahn würde eine zufällige Neigung aufweisen. Im Gegensatz zu dieser Hypothese sind die Umlaufbahnen der Marsmonde fast kreisförmig und bewegen sich in der Äquatorialebene des Mars. Was ist also die Erklärung für die aktuellen Umlaufbahnen von Phobos und Deimos? Um dieses dynamische Problem zu lösen, setzten die Forscher auf Computersimulationen.
Die Vergangenheit berechnen
«Die Idee war, die Bahnen und ihre Veränderungen in die Vergangenheit zurückzuverfolgen», sagt Amir Khan, Senior Scientist am Physikalischen Institut der Universität Zürich und am Institut für Geophysik der ETH Zürich. Wie sich herausstellte, schienen sich die Bahnen von Phobos und Deimos in der Vergangenheit gekreuzt zu haben. „Das bedeutet, dass die Monde sehr wahrscheinlich am gleichen Ort waren und daher den gleichen Ursprung haben“, sagt Khan. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass damals ein größerer Himmelskörper den Mars umkreiste. Dieser ursprüngliche Mond wurde wahrscheinlich von einem anderen Körper getroffen und ist dadurch zerfallen. „Phobos und Deimos sind die Überreste dieses verlorenen Mondes“, sagt Bagheri, der Hauptautor der jetzt in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Naturastronomie.
Diese Schlussfolgerungen waren zwar leicht zu verfolgen, erforderten jedoch umfangreiche Vorarbeiten. Zunächst mussten die Forscher die bestehende Theorie verfeinern, die die Wechselwirkung zwischen Mond und Mars beschreibt. „Alle Himmelskörper üben Gezeitenkräfte aufeinander aus“, erklärt Khan. Diese Kräfte führen zu einer Form der Energieumwandlung, der sogenannten Dissipation, deren Ausmaß von der Größe der Körper, ihrer inneren Zusammensetzung und nicht zuletzt von den Abständen zwischen ihnen abhängt.
Einblicke in das Innere des Mars und seiner Monde
Der Mars wird derzeit von der NASA-Mission InSight unter Beteiligung der ETH Zürich erforscht: An der ETH wurde die Elektronik für das Seismometer der Mission gebaut, das Marsbeben und möglicherweise Meteoriteneinschläge aufzeichnet. „Diese Aufnahmen ermöglichen uns einen Blick ins Innere des Roten Planeten“, sagt Khan, „und diese Daten werden verwendet, um das Marsmodell in unseren Berechnungen und die innerhalb des Roten Planeten auftretende Dissipation einzuschränken.“
Bilder und Messungen anderer Marssonden haben ergeben, dass Phobos und Deimos aus sehr porösem Material bestehen. Mit weniger als 2 Gramm pro Kubikzentimeter ist ihre Dichte viel geringer als die durchschnittliche Dichte der Erde, die 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt. „In Phobos gibt es viele Hohlräume, die Wassereis enthalten könnten“, vermutet Khan, „und dort wird viel Energie durch die Gezeiten verpufft.“
Mit diesen Erkenntnissen und ihrer verfeinerten Theorie zu den Gezeiteneffekten führten die Forscher Hunderte von Computersimulationen durch, um die Umlaufbahnen der Monde in der Zeit rückwärts zu verfolgen, bis sie den Schnittpunkt erreichten – den Moment, in dem Phobos und Deimos geboren wurden. Dieser Zeitpunkt liegt je nach Simulation zwischen 1 und 2,7 Milliarden Jahren in der Vergangenheit. „Die genaue Zeit hängt von den physikalischen Eigenschaften von Phobos und Deimos ab, also davon, wie porös sie sind“, sagt Bagheri. Eine japanische Sonde, die 2024 gestartet werden soll, wird Phobos erkunden und Proben zur Erde zurückbringen. Die Forscher erwarten, dass diese Proben die benötigten Details über das Innere der Marsmonde liefern, um genauere Berechnungen ihrer Herkunft zu ermöglichen.
Das Ende von Phobos
Eine andere Sache, die ihre Berechnungen zeigen, ist, dass der gemeinsame Vorfahre von Phobos und Deimos weiter vom Mars entfernt war als Phobos heute. Während der kleinere Deimos in der Nähe seines Entstehungsortes geblieben ist, bringen Gezeitenkräfte den größeren Phobos dazu, sich dem Mars zu nähern – und dieser Prozess geht weiter, wie die Forscher erklären. Ihre Computersimulationen zeigen auch die zukünftige Entwicklung der Umlaufbahnen der Monde. Es scheint, als würde sich Deimos sehr langsam vom Mars entfernen, so wie sich unser Mond langsam von der Erde entfernt. Phobos wird jedoch in weniger als 40 Millionen Jahren auf dem Mars abstürzen oder von den Gravitationskräften zerrissen werden, wenn es sich dem Mars nähert.
Referenz: “Dynamische Beweise für Phobos und Deimos als Überreste eines gestörten gemeinsamen Vorfahren” von Amirhossein Bagheri, Amir Khan, Michael Efroimsky, Mikhail Kruglyakov und Domenico Giardini, 22. Februar 2021, Naturastronomie.
DOI: 10.1038/s41550-021-01306-2
Das Geheimnis der Marsmonde
Erst 1877 wurden die beiden Monde des Mars entdeckt.
Der amerikanische Astronom Asaph Hall hatte aufgrund des Verdachts, dass der Mars mindestens einen Mond hatte, eine methodische Nacht-für-Nacht-Suche mit der Teleskopeinrichtung des US Naval Observatory in Washington, DC durchgeführt auf, aber seine Frau Angelina drängte ihn, weiterzumachen. In der folgenden Nacht, dem 12. August, entdeckte er Deimos, näher am Roten Planeten, als irgendjemand zuvor gedacht hatte, und umkreist nur 23.000 km entfernt.
(Zum Vergleich: Unser Mond ist etwa 384.000 km von der Erde entfernt. 1) Sechs Nächte später entdeckte Hall Phobos, noch näher in&mdashnur etwa 9.000 km vom Mars entfernt. 2
Ihre Nähe zum Mars und ihre relativ geringe Größe hatten die Monde im Licht des roten Planeten verborgen gehalten, bis Asaph Halls hartnäckige Beharrlichkeit sie schließlich fand. Es half, dass er ein viel größeres und damit lichtsammelndes Teleskop hatte, als Astronomen wie Galileo zur Verfügung standen. Er benannte sie nach Homers altem Gedicht, Die Ilias, in dem Phobos (Gk. = Angst) und Deimos (Gk. = Flucht, wie bei der Flucht nach der Niederlage) die Zwillingssöhne des Ares (Mars im römischen Pantheon) waren und ihn in die Schlacht begleiteten.
Im Laufe des nächsten Jahrhunderts, als mehr Informationen über die beiden Marsmonde ans Licht kamen, gab es für Astronomen viel zu faszinieren. Phobos hat einen Durchmesser von etwa 22 km, während der kartoffelförmige Deimos noch kleiner ist und höchstens etwa 12 km breit ist. Während unser Mond einen gemächlichen Monat braucht, um die Erde zu umkreisen, braucht Deimos etwa 30 Stunden, um den Mars in einer fast perfekt kreisförmigen Umlaufbahn um seinen Äquator zu umrunden. Inzwischen umrundet der bemerkenswerte Phobos den Mars in nur acht Stunden, also etwa dreimal pro Marstag. Da Phobos schneller als die Rotation des roten Planeten ist, scheint es für einen Beobachter auf dem Mars, im Westen aufzusteigen und im Osten unterzugehen, wobei dieser Mond alle seine Phasen in wenigen Stunden durchläuft.
Das größte Rätsel in den Köpfen vieler Kosmologen betrifft jedoch Theorien über die Entstehung der Monde.
Deimos hat mehr Ähnlichkeit mit einem Asteroiden als mit einem der anderen Monde im Sonnensystem. Dieser und andere Faktoren führten viele zu der Annahme, dass sowohl Deimos als auch Phobos aus dem Asteroidengürtel stammen könnten, von dort von Jupiter geschoben und dann von der Schwerkraft des Mars eingefangen. Aber die nahezu kreisförmige Umlaufbahn beider Monde passt nicht gut zu dieser Idee. Außerdem ist die Atmosphäre auf dem Mars so dünn, dass es &bdquo schwer fallen würde, die nötige Bremswirkung zu erzielen, um das Paar auf seine heutige Umlaufbahn zu bringen„2 Und die Monde sind weniger dicht als Objekte im Asteroidengürtel.
Andere Vorstellungen, dass die Monde um den Mars herum entstanden sind, weil Staub und Gestein dort durch die Schwerkraft zusammengezogen wurden, oder dass sie durch eine Kollision mit dem Mars entstanden sind, haben ebenfalls ernsthafte Probleme. Daher bleibt die Theorie der „eingefangenen Asteroiden&rdquo die beliebteste, trotz der bereits erwähnten unangenehmen Tatsachen und dass „der Einfangmechanismus unbekannt und die Szenarien unwahrscheinlich sind&rdquo. 3
Eine große Herausforderung für die verschiedenen Bildungstheorien über Phobos und Deimos sind die Einschränkungen in zeitliche Koordinierung. Die Schwierigkeit auf den Punkt gebracht: Deimos entfernt sich unaufhaltsam vom Mars (genauso wie sich unser Mond von der Erde entfernt) und Phobos ist in die andere Richtung „verdammt&rsquo– Phobos schlängelt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,8 Metern pro Jahrhundert nach innen und ist auf dem besten Weg, innerhalb von 50 Millionen Jahren auf den Mars zu stürzen 2 &ndash&ldquoein Augenzwinkern in [evolutionären] astronomischen Begriffen&rdquo. 4
Deshalb müssen die Entstehungstheorien für die Marsmonde versuchen, ein Entstehungsszenario aufzustellen, das wesentlich jünger ist als das dem Mars zugeschriebene evolutionäre Alter von Milliarden Jahren.
Das Problem ist so gravierend und insbesondere die ungewöhnlichen Eigenschaften und die zerfallende Umlaufbahn von Phobos so charakteristisch, dass in den 1950er und 1960er Jahren &ldquorenommierte Wissenschaftler&rdquo, darunter der wissenschaftliche Berater des US-Präsidenten Eisenhower, vermuteten, dass Phobos dorthin gebracht worden war künstlich. 2 D. h. dass es ein „hohler künstlicher Satellit&rdquo war, der von intelligenten Wesen, die dort lebten, absichtlich von der Marsoberfläche in Position gebracht wurde.
Als jedoch nachfolgende Daten und Bilder endgültig die felsigen Eigenschaften beider Monde zeigten, wurde die Idee, dass es sich um künstliche Satelliten handelt, aufgegeben.
Entstehung und Erfassung der Marsmonde Phobos und Deimos - Astronomie
Im späten 19. Jahrhundert hatten Astronomen Monde entdeckt, die Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun umkreisen. Allerdings hatte niemand Marsmonde gefunden – bis 1877. Dann überraschte der amerikanische Astronom Asaph Hall die Welt mit seiner Entdeckung zwei Marsmonde. Warum hat es so lange gedauert, sie zu finden? Und warum erhielten sie die Namen Phobos und Deimos, was bedeutet? Angst und Terror?
Ares
Die Namen der Marsmonde stammen aus dem antiken Griechenland. Mars ist das römische Äquivalent von Ares, dem griechischen Kriegsgott. In der griechischen Mythologie waren Phobos (FOE.bus) und Deimos (DI-məs) die Söhne des Kriegsgottes. Sie zogen mit ihm in die Schlacht, fuhren seinen Streitwagen und verbreiteten Panik. Auch heute noch, wenn Sie große Angst vor so etwas wie Höhe oder Spinnen haben, heißt es a Phobie.
Warum hat es so lange gedauert, die Monde zu finden?
Die Monde stehen dem Planeten nahe. Vor Asaph Halls Suche hatte niemand so nahe an der Marsoberfläche nach Monden gesucht. Phobos ist etwa 9400 km (5800 Meilen) und Deimos 23,500 km (14,600 Meilen) vom Mars entfernt. Unser Mond kreist bei etwa 384.000 km (240.000 Meilen), und Io, der dem Jupiter nächstgelegene große Mond, ist etwa genauso weit vom Riesenplaneten entfernt. Halls Doppelentdeckung war eine Sensation für die Öffentlichkeit und die Welt der Astronomie.
Über Deimos
Keiner der Marsmonde ist massiv genug für die Schwerkraft, um ihn in eine Kugelform kollabieren zu lassen. Sie sind beide klein, unregelmäßig, klumpig und mit Kratern versehen. Deimos ist viel kleiner als Phobos, mit Abmessungen von etwa 10x12x16 km (6x8x10 mi). Denken Sie an einen Raum von der Größe von beispielsweise New York City. Deimos würde nur etwa ein Viertel davon einnehmen, obwohl seine Höhe selbst die höchsten Wolkenkratzer in den Schatten stellen würde.
Deimos ist, wie Sie auf dem Bild sehen können, rötlich und scheint eine ziemlich glatte Oberfläche zu haben. [NOTE: the color in the image from Mars Reconnaissance Orbiter has been enhanced.] The moon's surface isn't icy smooth like Saturn's moon Enceladus. It's covered by fine rock fragments known as regolith which smooths over all but fairly recent impacts. Two of the craters have names. They are Swift and Voltaire, two literary figures that referred to Martian moons in works of fiction that predated Hall's discovery.
A meteorite hitting our Moon sends material flying upward which then drops back down. The material is called ejecta and it's the source of regolith on the Moon and other bodies. However Deimos has a very low escape velocity. Just 20 km/h (13 mph) would get you off the little moon, and most impact material that flies up into the air just keeps on going. This doesn't mean that meteorites hitting Deimos just bounce off. They are the source of Deimos's regolith when they're smashed to bits as they hit the surface.
Deimos in orbit
Deimos and Phobos are both in circular orbits above the Martian equator. They're also tidally locked to Mars. This means that, like our own Moon, each one rotates once on its axis in the time it takes to orbit the planet. However instead of taking nearly thirty days, Deimos takes just over thirty hours to complete its orbit.
Imagine being on Mars and looking up at Deimos. You couldn't see it at all from the polar regions, because Deimos is close to Mars and in a nearly circular orbit. Near the poles, the curve of Mars would hide its moon. In addition, even when Deimos is full, you wouldn't see a disk. The moon is so small that it would just look like a bright point of light.
We are used to a Moon that circles at a fairly leisurely pace, gradually going through its phases over nearly thirty days. Deimos takes just over thirty Std to get around Mars, and at 24 hours and 37 minutes, a Martian day isn't much longer than an Earth day.
As our Moon does, Deimos rises in the east. The similarity ends there. Since it's orbiting Mars only slightly faster than Mars is rotating, Deimos would appear to move very slowly across the sky. Overall moonrise to moonset would take less than three days. Deimos would rise one evening and move slowly across the sky until it was lost in Mars's shadow on the second night. It would finally set at dawn on the third night.
Questions
But what do we know about the other Martian moon Phobos? And how were these strange little moons formed? People had assumed for a long time that they were captured asteroids, but evidence gathered by space probes suggests otherwise. A future article will look at theories of the formation of the moons. Click on the link below this article to find out more about Phobos.
Credits:
Image of Deimos: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Explanation of the apparent motion of Deimos: William K. Hartmann, Ron Miller, Out of the Cradle: Exploring the Frontiers Beyond Earth
Inhalts-Copyright & Kopie 2021 von Mona Evans. All rights reserved.
Dieser Inhalt wurde von Mona Evans geschrieben. Wenn Sie diese Inhalte in irgendeiner Weise verwenden möchten, benötigen Sie eine schriftliche Genehmigung. Kontaktieren Sie Mona Evans für Details.
Phobos and Deimos: Captured Asteroids or Cut From Ancient Mars?
Illustration of Mars with its two moons, Phobos and Deimos. (NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems/Texas A&M Univ.) The global success rate for sending missions to land on the moons of Mars has hardly been impressive — coming in at zero out of three attempts. They were all led by the Russian (or former Soviet) space agencies, in collaboration with organizations ranging from the Chinese and Bulgarian space agencies to the Paris Observatory and the U.S. Planetary Society.
Now the Japanese space agency JAXA has approved its own mission to Phobos and Deimos, scheduled to launch from the Tanegashima Space Center in September 2024.
The Martian Moons eXploration (MMX) spacecraft will arrive at Mars in August 2025 and spend the next three years exploring the two moons and the environment around Mars. During this time, the spacecraft will drop to the surface of one of the moons and collect a sample to bring back to Earth. Probe and sample are scheduled to return to Earth in the summer of 2029.
Mars takes its name from the god of war in ancient Greek and Roman mythology. The Greek god Ares became Mars in the Roman adaptation of the deities. Mars’s two moons are named for Phobos and Deimos in legend the twin sons of Ares who personified fear and panic.
Today, what the moons together personify is a compelling mystery, one regarding how in reality they came to be.
Both Martian moons are small, with Phobos’s average diameter measuring 22.2km, while the even smaller Deimos has an average size of just 13km. This makes even Phobos’s surface area only comparable to that of Tokyo. Their diminutive proportions means that the moons resemble asteroids, with irregular structures due to their gravity being too weak to pull them into spheres.
This leads to the question that has inspired a long-running debate: Were Phobos and Deimos formed during an impact with Mars, or are they asteroids that have been captured by Mars’s gravity?
Our own Moon is thought to have been created when a Mars-sized body slammed into the early Earth. Debris from the collision was thrown into the Earth’s orbit where is coalesced into our only natural satellite.
A similar scenario is possible for Phobos and Deimos. In the late stages of our solar system’s formation, giant impacts such as the one that struck the Earth were relatively common.
Mars shows possible evidence for one such collision with a body the size of our moon. The Martian surface has a dichotomy consistent with such an event, with the northern hemisphere sitting an average of 5.5km lower than the southern side. During such impacts, debris could have been thrown up from the Martian surface to birth the two moons.
An alternative scenario is that the resemblance of Phobos and Deimos to asteroids is not coincidental.
The two moons may have originally been part of the asteroid belt a band of rocky left-overs from the planet formation process that circle the Sun between Mars and Jupiter. Scattered inwards towards the Sun during a chance collision, the asteroids may have been snagged into orbit by Mars’s gravity.
Observations of both moons suggest that their surface material is similar to that of other asteroids.
The moon of Mars are tiny compared with Earth’s moon, yet they may well tell a big story about the history of Mars. (NASA) Disentangling these two possible births is the primary goal for the Martian Moons eXploration mission. If the moons were formed from the body of Mars itself, their rock type should resemble that of Mars. On the other hand, if the pair were captured then they would have formed in a different part of the Solar System with their own distinct composition.
Both options would reveal a great deal about the formation of our Solar System.
The young Mars is suspected to have been similar to the early Earth. If Phobos and Deimos formed during this time, the moons could be preserved time capsules of what conditions were like on the planets in this epoch. This would help us understand the formation of the Earth and maybe even the development of habitability on ancient Mars and Earth.
On the other hand, the Earth’s water is suspected to have been delivered to our planet after its formation by impacts from icy meteorites. This water delivery service may have originated in the asteroid belt (one rocky member of which is currently the destination of JAXA’s Hayabusa2).
If Phobos and Deimos are captured asteroids, they may be kin to the ice-packed rocks that hit the early Earth, revealing information about how volatiles were circulated about our Solar System.
The proposed pathway in, on, and around the moons Phobos and Deimos. (Institute of Space and Astronautical Science/JAXA) The Martian Moons eXploration spacecraft is planning to study both moons and collect rock samples from Phobos. Phobos’s orbit takes it closer to Mars than Deimos, circling the planet at about 6,000 km above the surface. For comparison, the Moon is 385,000 km above the Earth.
This close proximity means that the surface of Phobos should have a loose layer of regolith or soil sprayed up from Mars during more recent impacts with meteorites. Samples taken from Phobos are therefore expected to contain Martian meteorites and the moon’s own material from deeper down.
This extra Martian regolith may be very different from the rocks that make it to Earth, such as the famous ALH84001 which was initially thought to contain a range of signs that life once existed in the rock. (The scientific consensus now is that the biosignatures can be explained as coming from processes other than life.)
The shorter journey to the close-by moon allows the transfer of lower density material that would never survive the trip to Earth. The regolith will also originate from all over the planet, rather than the small region of Mars that has been explored by landed rovers, providing a more wide spread sample than has previously been analyzed.
Excitement for the science a Mars moon mission could bring has led to strong international involvement. On April 10 th this year, the president of the French space agency, CNES, visited the president of JAXA in Tokyo for a signing ceremony that formalized the agreement between the two agencies. CNES will be developing one of the key instruments for the mission as well as adding their expertise on flight dynamics for the tricky maneuvers around the Martian moons.
The planned French instrument is a Near-Infrared Spectrometer (NIRS), which combines a high-resolution infrared camera with the ability to analyze each pixel to determine the composition of the rock. Similar instruments have previously flown on ESA’s Mars Express and ExoMars, but with an image pixel size an order of magnitude larger than that now planned for the Martian Moons eXploration mission. The French space agency will also explore the possibility of providing a rover to explore the surface of Phobos on microscopic scales.
There are also plans for an instrument to be developed by NASA, which has put out an official “Announcement of Opportunity” inviting proposals for the instrument design. This would be a neutron and Gamma ray spectrometer, which probes the abundance of individual elements in the moons, rather than their combination within minerals that NIRS can see.
This will be JAXA’s third mission to sample material from a small body. Hayabusa visited the asteroid Itokawa, bringing back surface material to Earth from the asteroid in seven years ago this month. Its successor, Hayabusa2, is currently traveling to asteroid Ryugu and is expected to arrive in 2018.
With only 1/1000th of the gravity on Earth, landing on Phobos is a challenging task. But if samples can be collected for return to Earth, that will be a major scientific and engineering accomplishment.
Updates for the MMX mission can be found on the mission webpage in English and Japanese. Will you rooting for #TeamImpact oder #TeamCapture?
Elizabeth Tasker is an astrophysicist and science communicator at the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Her research explores the formation of stars and planets, while her science articles have covered topics from Egyptian coffins to deep sea drilling (but mainly focus on exoplanets and space missions!). She is the author of “The Planet Factory” on the formation of planets and the strange worlds we have discovered beyond our Sun and also keeps her own website and personal blog.
Mars’ Weird Mystery Moon Phobos –“Its Orbit May Unlock Billion-Year-Old Secrets”
Im Century Rain, former space scientist and science-fiction author, Alastair Reynolds, has Mars’ 17-mile-wide, deeply-grooved moon, Phobos, as the location of a secret base which holds an ancient relic that opens a portal to the far side of the Milky Way–the far end of a wormhole–where mid-twentieth century Earth, rendered uninhabitable due to technological catastrophe, is preserved like a fly in amber. In science fact, Phobos has long been an object of mystery, with some scientists believing it to be an alien artifact –its dark face resembling the primitive asteroids of the outer solar system–captured in the ancient past by Mars gravitational field. While others challenge the asteroid hypothesis, suggesting that Phobos might be a remnant of a colossal impact that occurred early on in Martian history.
Precise data on Phobos’s orbit could shed light on currently unknown inner workings of Mars. While our moon continues to gain angular momentum and is steadily moving away from Earth, Phobos is slowing down and gradually falling back to Mars. In 30 to 50 million years, it will crash onto the planet’s surface.
“We can use this slight slowdown to estimate how elastic and thus how hot the Martian interior is cold material is always more elastic than hot,” explains Amir Khan, at ETH Zurich’s Institute of Geophysics. Ultimately, the researchers want to know if Mars was formed of the same material as Earth, or if different components could explain why Earth has plate tectonics, a dense atmosphere and conditions that support life – characteristics that Mars is lacking.
“Super Weird, Confusing and Interesting”
Phobos is “super weird, confusing and interesting,” says Abigail Fraeman, a planetary scientist studying Mars, Phobos and its tiny sister moon Deimos at NASA’s Jet Propulsion Laboratory. It checks all of the boxes that are consistent with being a captured asteroid. Phobos and Deimos, says Fraeman —“ just shouldn’t exist. They don’t make any sense.”
The image at the top of the page shows how much darker Phobos is than Mars. Phobos is the darkest moon in the solar system, and of great interest because its structure and composition may well be unique. (ESA / DLR / FU Berlin, G. Neukum)
“Recent calculations suggest that Phobos was once 20 times more massive,” reports the New York Times. “But, as one hypothesis goes, it drifted toward Mars and shattered into ring material, much of it raining onto Mars. The remaining ring material clumped together into a new, smaller Phobos. This cycle has repeated several times over billions of years, with Phobos shrinking with every completed cycle.”
Meteors crashing into Mars could have coated Phobos in a layer of Martian dust that may be both very young and extremely old, unlocking the mystery of how Mars”may have progressed from a habitable world to an uninhabitable one,” says Tomohiro Usui, a robotic planetary exploration scientist currently working at NASA’s Johnson Space Center.
In April 2019, the first series of solar eclipses were visible from InSight’s landing site –a smooth expanse of lava plains called Elysium Planitia– but only some of the data it recorded was saved. Initial indications from that data prompted Simon Stähler, a seismologist at ETH Zurich’s Institute of Geophysics and an international research team to prepare excitedly for the next series of eclipses, that occurred on 24 April 2020.
Insight Lander Captures Solar Eclipse
An observer standing on Mars would see the planet’s moon Phobos cross the sky from west to east every five hours. Its orbit passes between the sun and any given point on Mars about once each Earth year. Each time it does so, it causes from one to seven solar eclipses within the space of three days. One place where this happens is the site of NASA’s InSight lander, stationed in the Elysium Planitia region since November 2018. In other words, the phenomenon occurs much more frequently than on Earth, when our moon crosses in front of the sun. “However, the eclipses on Mars are shorter – they last just 30 seconds and are never total eclipses,” explains Stähler.
Photographs are not the only way to observe these transits. “When Earth experiences a solar eclipse, instruments can detect a decline in temperature and rapid gusts of wind, as the atmosphere cools in one particular place and air rushes away from that spot,” Stähler explains. An analysis of the data from InSight should indicate whether similar effects are also detectable on Mars.
As expected, InSight’s solar cells registered the transits. “When Phobos is in front of the sun, less sunlight reaches the solar cells, and these in turn produce less electricity,” Stähler explains. “The decline in light exposure caused by Phobos’s shadow can be measured.” Indeed, the amount of sunlight dipped during an eclipse by 30 percent.
“It’s an Unusual Signal”
However, InSight’s weather instruments indicated no atmospheric changes, and the winds did not change as expected. Other instruments however, delivered a surprise: both the seismometer and the magnetometer registered an effect.
The signal from the magnetometer is most likely due to the decline in the solar cells’ electricity, as Anna Mittelholz, a recent addition to ETH Zurich’s Mars team, was able to show. “But we didn’t expect this seismometer reading it’s an unusual signal,” Stähler says. Normally, the instrument – equipped with electronics built at ETH – would indicate quakes on the planet. So far the Marsquake Service, led by John Clinton and Domenico Giardini at ETH, has recorded about 40 conventional quakes, the strongest of which registered a magnitude of 3.8, as well as several hundred regional, shallow quakes.
What was surprising during the solar eclipse was that the seismometer tilted slightly in a particular direction. “This tilt is incredibly small,” Stähler notes. “Imagine a 5-franc coin now, push two silver atoms under one edge. That’s the incline we’re talking about: 10-8.” As slight as this effect was, it was still unmistakable.
“The most obvious explanation would be Phobos’s gravity, similar to how Earth’s moon causes the tides,” Stähler says, “but we quickly ruled this out.” If that were the explanation, then the seismometer signal would be present for a longer period of time and every five hours when Phobos makes its pass, not only during eclipses.
Researchers determined the most likely cause of the tilt: “During an eclipse, the ground cools. It deforms unevenly, which tilts the instrument,” says Martin van Driel from the Seismology and Wave Physics research group.
The “Cold Front”
As it happens, an infrared sensor did indeed measure a cooling of the ground on Mars of two degrees. Calculations revealed that in the 30 seconds of the eclipse, the “cold front” could penetrate the ground only to a depth of micro-or millimetres, but the effect was enough to tug at the seismometer.
Black Forest Observatory
An observation back on Earth supports Stähler’s theory. At the Black Forest Observatory, located in an abandoned silver mine in Germany, Rudolf Widmer-Schnidrig discovered a similar phenomenon: during a seismometer test, someone neglected to turn out the light. The heat given off by a 60-?watt bulb was apparently enough to warm the topmost layer of granite deep below ground, so that it expanded slightly and caused the seismometer to tilt slightly to one side.
Scientists should be able to use the tiny tilt signal from Mars to map Phobos’ orbit with more precision than was previously possible. InSight’s position is the most accurately measured location on Mars if the scientists know exactly when a transit by Phobos here begins and ends, they can calculate its orbit precisely. This is important for future space missions. For example, Japan’s space agency JAXA plans to send a probe to the moons of Mars in 2024 and bring samples from Phobos back to Earth. “To do that, they need to know exactly where they’re flying to,” says Stähler.
