Forskare som studerar Mars månars banor har funnit bevis för att den röda planeten en gång i tiden kan ha haft ringar – och kanske en dag kommer att ha det igen.
För närvarande har Mars inga ringar och två små månar: Deimos (12 kilometer i diameter) och Phobos (22 kilometer).
Deimos ligger längre ut och tar lite mer än en marsdag på sig för att kretsa runt planeten. Phobos ligger närmare inåt och susar runt en gång var 7,5 timme.
Men det har inte alltid varit så, säger Matija Ćuk vid SETI-institutet i Kalifornien. Under en stor del av sin historia skulle Mars också ha haft framträdande ringar… plus en rad proto-Phobos månar som bildades och förstördes i en cykel som så småningom gav upphov till den Phobos vi känner till.
Det är en hypotes som 2017 föreslogs av David Minton från Purdue University och hans doktorand Andrew Hesselbrock.
Enligt denna teori, säger Ćuk, skulle den ursprungliga proto-Phobos, Deimos och den första ringen alla ha bildats från material som kretsade kring den unga Mars för miljarder år sedan.
Men det skulle inte ha varit en stabil situation, eftersom gravitationseffekter från ringmaterialet skulle ha förändrat proto-Phobos bana och fått den att vandra utåt.
Tidigare skulle material från ringen ha rört sig inåt och stadigt regnat ner på Mars. (Deimos, som ligger längre ut, skulle inte ha påverkats på samma sätt.)
När ringens material var uttömt, säger Ćuk, skulle processen ha vänt, och gravitationseffekter från Mars skulle ha fått proto-Phobos att börja vandra tillbaka inåt.
Till slut skulle den ha kommit så nära att Mars gravitation skulle ha slitit sönder den och skapat en ny ring, av vilken cirka 20 procent skulle ha sammanfogats till en ny proto-Phobos.
Denna proto-Phobos skulle sedan börja vandra tillbaka utåt, medan materialet från den nya ringen återigen skulle börja regna ner på Mars.
Till slut skulle den andra ringen lösas upp och den nya proto-Phobos skulle vända om ännu en gång och vandra tillbaka inåt – en cykel som kan ha upprepats sex eller sju gånger.
” Det finns mindre och mindre massa”, säger Ćuk. man får ringar som varar längre och längre.”
Så långt är det bara teori. Ćuks brainstorm var att inse att det skulle kunna relatera till ett gammalt mysterium om månarnas banor.
För flera decennier sedan trodde forskarna att Phobos och Deimos var fångade asteroider – något som var logiskt med tanke på deras ringa storlek och Mars’ närhet till asteroidbältet.
Då insåg man att eftersom deras banor ligger i nästan samma plan som Mars ekvator var detta högst osannolikt, och de måste ha bildats i omloppsbana runt Mars.
Det fanns bara ett problem. Deimos bana lutar faktiskt ungefär två grader bort från det planet.
Det är tillräckligt litet för att ingen under många år tänkte så mycket på det. Men det är inte samma sak som att veta varför.
Det visar sig att utåtriktad migration av en uråldrig proto-Phobos för cirka 2,5 miljarder år sedan skulle kunna förklara det, så länge den proto-Phobos rörde sig tillräckligt långt ut för att dess bana skulle ha nått en ”3:1-resonans” med Deimos.
”Det är där en måne har en tredjedel av Deimos omloppstid”, säger Ćuk.
En sådan synkronisering av banor, säger han, kan ge upphov till starka interaktioner mellan månar – särskilt när den inre månen rör sig utåt och trycker runt den yttre på precis rätt sätt för att luta dess bana på det sätt som vi ser för Deimos idag.
Men det kan bara hända om den inre månen rör sig utåt genom resonansen, ” den enda plausibla orsaken till utåtriktad migration är interaktion med en ring”, säger han.
Ćuks beräkningar visar också att den utåtriktade migrerande månen skulle ha behövt vara ungefär 20 gånger mer massiv (2.7 gånger större i diameter) än den nuvarande Phobos – vilket innebär att den inte var Phobos omedelbara föregångare (som troligen bara var omkring fem gånger mer massiv), utan snarare dess ”farfar”.
Förut kan det ha funnits en farfarsfar och möjligen till och med en farfarsfar, med en ursprunglig proto-Phobos som kan ha varit 100 gånger eller mer lika massiv som dagens – var och en åtföljd av allt större ringar.
Vad som skulle ha hänt med allt detta ringmaterial när det föll till Mars är oklart.
Det skulle ha funnits tillräckligt mycket av det, säger Minton, för att kollapsen av den första sådana ringen skulle kunna ha skapat en ås som var så mycket som ett par kilometer hög och som löpte hela vägen runt Mars ekvator.
Men om det har hänt, säger han, så har ingen ännu hittat spår av det. Kanske var det tillräckligt länge sedan att Mars var tillräckligt fuktigare och mer geologiskt aktiv för att alla spår har eroderats bort. Eller så kanske ringpartiklarna bröts upp i Mars atmosfär och spreds som damm, över hela planeten.
Under tiden dras Phobos nu tillbaka mot Mars tillräckligt snabbt för att NASA uppskattar att den troligen kommer att brytas upp inom de närmaste 50 miljoner åren.
Vid den tiden kommer Mars återigen att ha ringar, ur vilka en ännu mindre kvarleva av Phobos kan återbildas, som en liten fenix som återigen uppstår ur ruinerna av sin föregångare.
Ćuk presenterade i veckan vid det virtuella 236:e mötet i American Astronomical Society och är huvudförfattare till en artikel som accepterats i The Astrophysical Journal Letters. Den är för närvarande tillgänglig på pre-print-servern arXiv.