Wissenschaftler, die die Umlaufbahnen der Marsmonde untersuchen, haben Hinweise darauf gefunden, dass der Rote Planet einst Ringe hatte – und vielleicht eines Tages wieder welche haben wird.
Zurzeit hat der Mars keine Ringe und zwei kleine Monde: Deimos (12 Kilometer Durchmesser) und Phobos (22 Kilometer).
Deimos liegt weiter draußen und braucht etwas mehr als einen Marstag, um den Planeten zu umkreisen. Phobos liegt näher und umkreist den Planeten einmal in 7,5 Stunden.
Aber das war nicht immer so, sagt Matija Ćuk vom SETI-Institut in Kalifornien. Während eines Großteils seiner Geschichte hätte der Mars auch markante Ringe gehabt… und eine Reihe von Proto-Phobos-Monden, die in einem Zyklus gebildet und zerstört wurden, der schließlich den Phobos hervorbrachte, den wir kennen.
Eine solche Hypothese wurde 2017 von David Minton von der Purdue University und seinem Doktoranden Andrew Hesselbrock vorgeschlagen.
Nach dieser Theorie, so Ćuk, hätten sich der ursprüngliche Proto-Phobos, Deimos und der erste Ring alle aus Material gebildet, das den jungen Mars umkreist, und zwar vor Milliarden von Jahren.
Aber es wäre keine stabile Situation gewesen, denn die Gravitationseffekte des Ringmaterials hätten die Umlaufbahn des Proto-Phobos verändert, so dass er nach außen gewandert wäre.
Zur gleichen Zeit hätte sich das Material des Rings nach innen bewegt und wäre stetig auf den Mars niedergegangen. (Deimos, der weiter draußen liegt, wäre davon nicht betroffen gewesen.)
Wenn das Ringmaterial erschöpft wäre, so Ćuk, hätte sich der Prozess umgekehrt, und die Gravitationswirkung des Mars hätte den Proto-Phobos veranlasst, wieder nach innen zu wandern.
Schließlich wäre er so nahe herangekommen, dass die Schwerkraft des Mars ihn auseinandergerissen und einen neuen Ring geschaffen hätte, von dem etwa 20 % zu einem neuen Proto-Phobos zusammengewachsen wären.
Dieser Proto-Phobos würde dann beginnen, wieder nach außen zu wandern, während das Material des neuen Rings wieder auf den Mars herabregnen würde.
Schließlich würde sich der zweite Ring auflösen und der neue Proto-Phobos würde wieder umkehren und zurück ins Innere wandern – ein Zyklus, der sich sechs oder sieben Mal wiederholt haben könnte.
„Es gibt immer weniger Masse“, sagt Ćuk. „Man hat Ringe, die immer länger dauern.“
Bislang ist das nur Theorie. Ćuk kam auf die Idee, dass es mit einem alten Rätsel über die Umlaufbahnen der Monde zusammenhängen könnte.
Vor Jahrzehnten dachten Wissenschaftler, Phobos und Deimos seien eingefangene Asteroiden – was angesichts ihrer geringen Größe und der Nähe des Mars zum Asteroidengürtel durchaus Sinn machte.
Dann erkannte man, dass dies höchst unwahrscheinlich war, da ihre Umlaufbahnen fast in der gleichen Ebene wie der Marsäquator liegen, und dass sie sich in einer Umlaufbahn um den Mars gebildet haben müssen.
Es gab nur ein Problem. Die Umlaufbahn von Deimos ist tatsächlich um etwa zwei Grad von dieser Ebene geneigt.
Das ist so wenig, dass sich viele Jahre lang niemand Gedanken darüber machte. Aber das ist nicht dasselbe wie zu wissen, warum.
Es stellte sich heraus, dass die Auswärtswanderung eines alten Proto-Phobos vor etwa 2,5 Milliarden Jahren dies erklären könnte, solange dieser Proto-Phobos sich weit genug nach außen bewegte, damit seine Umlaufbahn eine „3:1-Resonanz“ mit Deimos erreichte.
„Das ist der Punkt, an dem ein Mond ein Drittel der Umlaufzeit von Deimos hat“, sagt Ćuk.
Eine solche Synchronisation der Umlaufbahnen kann zu starken Wechselwirkungen zwischen den Monden führen – vor allem dann, wenn der innere Mond sich nach außen bewegt und den äußeren Mond genau in der richtigen Weise herumstößt, um dessen Umlaufbahn so zu kippen, wie wir es heute bei Deimos sehen.
Das kann aber nur passieren, wenn sich der innere Mond durch die Resonanz nach außen bewegt, „die einzige plausible Ursache für die Auswärtswanderung ist die Wechselwirkung mit einem Ring“, sagt er.
Ćuk’s Berechnungen zeigen auch, dass der nach außen wandernde Mond etwa 20 mal massiver (2.Das bedeutet, dass es sich nicht um den unmittelbaren Vorläufer von Phobos handelte (der wahrscheinlich nur etwa fünfmal so massiv war), sondern um seinen „Großvater“.
Vor diesem könnte es einen Urgroßvater und möglicherweise sogar einen Ururgroßvater gegeben haben, mit einem anfänglichen Proto-Phobos, der 100-mal oder mehr so massiv gewesen sein könnte wie der heutige – jeweils begleitet von immer größeren Ringen.
Was mit all dem Ringmaterial passiert wäre, als es auf den Mars fiel, ist unklar.
Es hätte genug davon gegeben, sagt Minton, dass der Zusammenbruch des ersten solchen Rings einen mehrere Kilometer hohen Bergrücken geschaffen haben könnte, der rund um den Marsäquator verlief.
Aber wenn das passiert wäre, sagt er, hat noch niemand Spuren davon gefunden. Vielleicht ist es lange genug her, dass der Mars feuchter und geologisch aktiver war, so dass alle Spuren weggetragen wurden. Oder die Ringpartikel lösten sich in der Marsatmosphäre auf und verteilten sich wie Staub über den ganzen Planeten.
In der Zwischenzeit wird Phobos so schnell zum Mars zurückgezogen, dass die NASA schätzt, dass er wahrscheinlich in den nächsten 50 Millionen Jahren auseinanderbrechen wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Mars wieder Ringe haben, aus denen sich ein noch kleinerer Rest von Phobos neu bilden könnte, wie ein Phönix aus der Asche seines Vorgängers.
Ćuk präsentierte diese Woche auf der virtuellen 236. Tagung der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft und ist der Hauptautor eines Artikels, der in The Astrophysical Journal Letters aufgenommen wurde. Sie ist derzeit auf dem Preprint-Server arXiv.
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