Der Mars hat nur zwei Monde: Phobos und Deimos. Sie sind für Monde seltsam, kaum mehr als klumpige, kartoffelförmige Gesteinsbrocken. Sie sind viel zu klein, als dass die Eigengravitation sie rund gemacht hätte. Und einer von ihnen, Deimos, hat eine ungewöhnlich geneigte Umlaufbahn.
Was sagt uns diese leichte Neigung über Deimos? Über den Mars?
Deimos ist der kleinere der beiden Marsmonde und weiter vom Mars entfernt als Phobos. Seine Orbitalneigung ist nicht riesig: nur zwei Prozent. Dieser geringfügige Unterschied in der Neigung hat im Laufe der Jahre nicht allzu viel Aufmerksamkeit der Astronomen auf sich gezogen, weil er nicht signifikant erscheint.
'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.'
Matija Cuk, Hauptautorin, SETI Institute
Jetzt untersucht ein neues Papier diese Neigung und kommt zu einem erstaunlichen Ergebnis.
Das Papier trägt den Titel „ Beweise für einen vergangenen Marsring aus der Orbitalneigung von Deimos .“ Hauptautorin ist Matija Cuk, Astronomin und Forscherin am SETI-Institut. Die neue Arbeit wird in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
„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“, sagte Erstautorin Matija Cuk in einem Pressemitteilung . Cuk ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am SETI-Institut. „Aber als wir eine große neue Idee hatten und sie mit neuen Augen betrachteten, enthüllte Deimos’ Orbitalneigung ihr großes Geheimnis.“
Der Marsmond von Deimos, abgebildet vom Mars Reconnaissance Orbiter. Bildnachweis: HiRISE/MRO/LPL (U. Arizona)/NASA
Es lohnt sich, einen Blick auf das bestehende Denken rund um Marsmonde zu werfen. Es gibt zwei Haupttheorien, die erklären, wie der Mars zu seinen Monden kam: die Einschlagshypothese und die Hypothese des eingefangenen Asteroiden. Die Einschlagshypothese besagt, dass ein anderer großer Körper in der fernen Vergangenheit den Mars traf und Trümmer in die Umlaufbahn schleuderte, die zu den Marsmonden verschmolzen. Diese Hypothese besagt, dass das Mars-Mondsystem in der Vergangenheit größer gewesen sein muss, wobei ein Teil des Materials auf die Marsoberfläche fiel.
Die andere ist die Hypothese des eingefangenen Asteroiden. Phobos und Deimos haben viele Ähnlichkeiten mit kohlenstoffhaltigen Asteroiden vom C-Typ. Ein Nachteil dieser Erklärung sind die nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen beider Monde. Eingefangene Hauptgürtel-Asteroiden hätten mehr elliptische Bahnen, daher müsste es einen Mechanismus geben, der ihre Bahnen zirkularisiert. Atmosphärischer Luftwiderstand und Gezeitenkräfte könnten dies tun, aber wahrscheinlich war nicht genug Zeit.
Ein Bild, das die Umlaufbahnen von Phobos, Deimos und einer Handvoll Raumschiffe zeigt, die den Mars umkreisen. Bildnachweis: Von NASA/JPL-Caltech – http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA19396.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39982795
In ihrem Artikel schreiben Cuk und seine Co-Autoren: „Zwei kleine Satelliten des Mars, Phobos und Deimos, sollen sich aus Trümmern gebildet haben, die von einem riesigen Einschlag auf den frühen Mars ausgestoßen wurden. Die geringen Massen der Satelliten im Vergleich zu den Erwartungen von riesigen Einschlagsimulationen haben zu der Annahme geführt, dass das ursprüngliche Satellitensystem massiver war, wobei der Großteil seiner Masse nach dem Einschlag über mehrere Gyr auf den Mars fiel.“
Das ist die weit verbreitete Erklärung für Phobos und Deimos.
In dieser neuen Studie spielt auch der andere Marsmond Phobos eine Rolle. Im Jahr 2017 war David Minton, Co-Autor dieser Studie, an einer anderen Studie zu Phobos beteiligt. Dieser trug den Titel „ Ein fortlaufender Satelliten-Ring-Zyklus des Mars und die Ursprünge von Phobos und Deimos “ und wurde in Nature Geoscience veröffentlicht.
In dieser Studie stellten Minton und sein Co-Autor fest, dass Phobos dem Mars langsam näher und näher kam. Die Schwerkraft des Mars zog ihn an, und es würde kein Entrinnen geben. Schließlich würde die Umlaufbahn von Phobos zerfallen und sie würde die Roche-Limit . Dann würde die Schwerkraft des Mars winzige Phobos auseinanderreißen, anstatt auf den Mars zu stürzen, um zerstört zu werden.
Wenn Sie denken: „Warte eine Sekunde. Würde das nicht einen Ring aus felsigen Trümmern um den Mars herum bilden?“ dann bist du auf dem richtigen Weg.
Phobos, der größere der beiden Marsmonde, mit dem markanten Stickney-Krater auf der rechten Seite. Sie können nicht wirklich über Deimos sprechen, ohne über Phobos zu sprechen. Bildnachweis: HiRISE, MRO, LPL (U. Arizona), NASA
In der Studie von 2017 argumentierten Minton und sein Co-Autor, dass es viele Monde um den Mars gegeben haben könnte und dass Generationen von Monden auf diese Weise untergegangen sein könnten. Aber dann wären die Trümmer wieder zu einem anderen Mond zusammengewachsen und der Kreislauf wäre weitergegangen. Jedes Mal würde der Mond kleiner sein.
Es handelt sich also um eine große Theorie von zyklischen, reinkarnierten Marsmonden.
Aber zurück zu Deimos und seinen zwei Neigungswinkeln und der neuen Studie.
Wenn sich aus den Trümmern seines zerstörten Vorfahren ein Neumond bildet, entfernt sich der Neumond weiter vom Ring und vom Mars. Während Phobos also näher an den Mars und seine eventuelle Zerstörung herangezogen wird, würde sich der neu gebildete Mond nach außen bewegen. Und dabei würde es eine Erfahrung machen Orbitalresonanz gerade außerhalb der Ringe. Im Fall von Deimos ist seine Umlaufzeit dreimal so groß wie die des anderen Mondes.
Orbitale Resonanzen sind gut verstanden und vorhersehbar. Astronomen wissen, dass nur ein sich nach außen bewegender Mond einen starken Einfluss auf Deimos gehabt haben könnte. Das bedeutet also, dass der Mars einen Ring aus Trümmern gehabt haben muss, der diesen Mond nach außen drängt.
„Wir stellen fest, dass die Neigung von Deimos zuverlässig durch die äußere Entwicklung eines Mars-Satelliten erzeugt werden kann, der etwa 20-mal massereicher ist als Phobos…“
Aus dem Papier „Beweise für einen vergangenen Marsring aus der Orbitalneigung von Deimos“.
In dieser neuen Studie kamen Cuk und die anderen Forscher nun zu dem Schluss, dass dieser andere Mond etwa 20-mal massereicher war als Phobos. Es könnte sein Großvater gewesen sein und könnte vor etwa drei Milliarden Jahren existiert haben, und es folgten zwei weitere Zyklen dieses Mondringphänomens. Der Mond Phobos ist das aktuelle Artefakt des Zyklus.
In ihrem Artikel schreiben sie: 'Wir finden, dass Deimos' Neigung zuverlässig durch die äußere Entwicklung eines Mars-Satelliten erzeugt werden kann, der etwa 20-mal massereicher ist als Phobos durch die 3:1 Mean-Motion-Resonanz mit
Deimos bei 3,3 Marsradien.“
Das ist viel zu verdauen, aber es wird durch Beweise und Beobachtungen gestützt.
In einer Pressemitteilung heißt es: „Diese Erkenntnis aus einer bescheidenen Neigung der Umlaufbahn eines bescheidenen Mondes hat einige bedeutende Konsequenzen für unser Verständnis des Mars und seiner Monde. Die Entdeckung der vergangenen Orbitalresonanz hat die zyklische Ring-Mond-Theorie für den Mars so gut wie abgeschlossen.“
Der ringlose Mars, den wir heute sehen, ist also wahrscheinlich eine Anomalie. Wir befinden uns gerade zwischen den Ringen, und wir haben angenommen, dass das normal ist. Das macht die Menschheit weiter.
Saturns Ringe in all ihrer Pracht. Wenn der Mars in seiner Vergangenheit manchmal Ringe gehabt hätte, wäre er der fünfte Planet in unserem Sonnensystem, der sie hätte. Alle vier Gasriesen haben sie, obwohl keiner so spektakulär ist wie der von Saturn. Bild vom Cassini-Orbiter, als Saturn die Sonne verfinsterte. Bildquelle: Von NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute
Eine der Schlussfolgerungen, die sich aus dieser Arbeit ergibt, betrifft das Alter der beiden aktuellen Monde des Mars. Laut dieser Studie ist Deimos Milliarden Jahre alt, während Phobos relativ jung ist, vielleicht nur 200 Millionen Jahre alt. In ihrem Artikel schreiben sie: „Unsere Ergebnisse, kombiniert mit dem Modell von Hesselbrock & Minton (2017), legen nahe, dass das Alter der Oberfläche
von Deimos beträgt etwa 3,5-4 Gyr und erfordert, dass Phobos deutlich jünger ist.“
Der Hauptautor Cuk räumt ein, dass dies zu diesem Zeitpunkt alles theoretisch ist. Aber vielleicht wird es nicht mehr lange „nur theoretisch“ sein. JAXA, die japanische Weltraumbehörde, plant 2024 eine Probensammelmission zu Phobos. Diese Mission heißt MMX, Martian Moon Exploration. Es wird beide missgestalteten Monde des Mars erforschen und eine Probe von Phobos sammeln.
Eine Illustration der MMX-Raumsonde von JAXA. Es wird Phobos und Deimos untersuchen und hoffentlich eine Probe von Phobos zum Studium zur Erde bringen. Diese Probe wird viele Fragen zum Mars und seinen beiden Monden beantworten. Bildquelle: JAXA/MMX
Laut JAXA verfolgt diese Mission zwei übergreifende wissenschaftliche Ziele:
- Klärung der Entstehung der Marsmonde und des Prozesses der Planetenentstehung im Sonnensystem.
- Aufklärung des Evolutionsprozesses der Marssphäre (Mars, Phobos, Deimos).
Diese Mission war vor jeder dieser Arbeiten im Marsmond/Staubring-Zyklus geplant. JAXA sagt auf ihrer Website: „Es gibt zwei vorherrschende Theorien über den Ursprung der Marsmonde: (A) das Paar sind Asteroiden, die nach der Entstehung des Mars eingefangen wurden, oder (B) die Monde sind Fragmente, die während einer riesigen Kollision (Giant Impact) verstreut wurden ) mit dem dann verschmolzenen Mars. Basierend auf den Ergebnissen von Näherungsbeobachtungen und der Analyse gesammelter Proben kann die wahrscheinlichste Theorie zur Entstehung der Monde geklärt werden.“
Wenn Cuk und sein Kollege Recht haben, könnte die MMX-Mission mehr entdecken, als JAXA erwartet hatte.
Mehr:
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