Wetenschappers die de banen van de manen van Mars bestuderen, hebben bewijzen gevonden dat de Rode Planeet ooit ringen heeft gehad – en misschien ooit weer zal hebben.
Op dit moment heeft Mars geen ringen en twee kleine manen: Deimos (12 kilometer in diameter) en Phobos (22 kilometer).
Deimos ligt verder naar buiten en doet er iets meer dan een Marsdag over om rond de planeet te draaien. Phobos ligt dichterbij en draait eens in de 7,5 uur rond.
Maar zo was het niet altijd, zegt Matija Ćuk van het SETI Institute in Californië. Gedurende een groot deel van zijn geschiedenis zou Mars ook prominente ringen hebben gehad… plus een opeenvolging van proto-Phobos-manen die werden gevormd en vernietigd in een cyclus die uiteindelijk de Phobos produceerde die we kennen.
Het is een hypothese die in 2017 werd voorgesteld door David Minton van de Purdue University en zijn afgestudeerde student, Andrew Hesselbrock.
Onder deze theorie, zegt Ćuk, zouden de oorspronkelijke proto-Phobos, Deimos en de eerste ring allemaal zijn gevormd uit materiaal dat miljarden jaren geleden in een baan om het jonge Mars draaide.
Maar het zou geen stabiele situatie zijn geweest, omdat gravitatie-effecten van het ringmateriaal de baan van de proto-Phobos zouden hebben veranderd, waardoor het naar buiten zou zijn gemigreerd.
Tegelijkertijd zou materiaal van de ring naar binnen zijn bewogen en gestaag op Mars zijn neergestort. (Deimos, die verder weg ligt, zou niet op dezelfde manier zijn beïnvloed.)
Als het ringmateriaal eenmaal uitgeput was, zegt Ćuk, zou het proces zijn omgekeerd, met gravitatie-effecten van Mars waardoor de proto-Phobos weer naar binnen zou beginnen te migreren.
Eindelijk zou het zo dichtbij zijn gekomen dat de Martiaanse zwaartekracht het uit elkaar zou hebben gescheurd, waardoor een nieuwe ring zou zijn ontstaan, waarvan ongeveer 20% zou samensmelten tot een nieuwe proto-Phobos.
Die proto-Phobos zou dan weer naar buiten migreren, terwijl het materiaal van de nieuwe ring weer op Mars zou beginnen neer te regenen.
Eindelijk zou de tweede ring verdwijnen en de nieuwe proto-Phobos zou weer van koers veranderen en terug naar binnen migreren – een cyclus die zich misschien zes of zeven keer heeft herhaald.
“Er is steeds minder massa,” zegt Ćuk. je hebt ringen die steeds langer meegaan.”
Tot nu toe is dat alleen theorie. Ćuk bedacht dat het verband zou kunnen houden met een oud mysterie over de omloopbanen van de manen.
Decennia geleden dachten wetenschappers dat Phobos en Deimos gevangen asteroïden waren – iets dat logisch was gezien hun kleine omvang en de nabijheid van Mars bij de Asteroïdengordel.
Toen realiseerde men zich dat, omdat hun banen in bijna hetzelfde vlak liggen als de Martiaanse evenaar, dat hoogst onwaarschijnlijk was, en dat ze in een baan rond Mars gevormd moeten zijn.
Er was slechts één probleem. De baan van Deimos is in feite ongeveer twee graden gekanteld van dat vlak.
Dat is klein genoeg dat gedurende vele jaren niemand er veel over heeft nagedacht. Maar dat is niet hetzelfde als weten waarom.
Het blijkt dat buitenwaartse migratie van een oude proto-Phobos, ongeveer 2,5 miljard jaar geleden, het zou kunnen verklaren, zolang die proto-Phobos ver genoeg naar buiten bewoog om zijn baan een “3:1 resonantie” met Deimos te laten bereiken.
“Dat is waar een maan een derde van de omlooptijd van Deimos heeft,” zegt Ćuk.
Zo’n synchronisatie van banen, zegt hij, kan sterke interacties tussen manen veroorzaken – vooral wanneer de binnenste maan naar buiten beweegt en de buitenste op precies de juiste manier rondduwt om zijn baan te kantelen op de manier die we nu bij Deimos zien.
Maar dat kan alleen gebeuren als de binnenmaan zich door de resonantie naar buiten beweegt, ” de enige plausibele oorzaak van buitenwaartse migratie is interactie met een ring”, zegt hij.
De berekeningen vanĆuk tonen ook aan dat de naar buiten migrerende maan ongeveer 20 keer massiever zou moeten zijn geweest (2.7 keer groter in diameter) dan de huidige Phobos – wat betekent dat het niet de onmiddellijke voorloper van Phobos was (die waarschijnlijk slechts ongeveer vijf keer massiever was), maar eerder zijn “grootouder”.
Vorafgaand daaraan zou er een overgrootouder en mogelijk zelfs een over-overgrootouder kunnen zijn geweest, met een eerste proto-Phobos dat 100 keer of meer zo massief zou kunnen zijn geweest als de huidige – elk vergezeld van steeds grotere ringen.
Wat er met al dat ringmateriaal zou zijn gebeurd toen het op Mars viel, is onduidelijk.
Er zou genoeg van zijn geweest, zegt Minton, dat de ineenstorting van de eerste zo’n ring een bergkam van wel een paar kilometer hoog zou hebben kunnen vormen, die helemaal rond de evenaar van Mars zou hebben gelopen.
Maar als dat is gebeurd, zegt hij, heeft nog niemand er sporen van gevonden. Misschien was het lang genoeg geleden dat Mars natter en geologisch actiever genoeg was om alle sporen weg te eroderen. Of misschien zijn de ringdeeltjes in de Martiaanse atmosfeer uiteengevallen en als stof over de hele planeet verspreid.
Ondertussen wordt Phobos nu zo snel naar Mars teruggetrokken dat de NASA schat dat het waarschijnlijk in de komende 50 miljoen jaar uiteen zal vallen.
Tegen die tijd zal Mars weer ringen hebben, waaruit een nog kleiner overblijfsel Phobos zich zou kunnen hervormen, als een baby feniks die weer opstaat uit de puinhopen van zijn voorganger.
Ćuk presenteerde deze week op de virtuele 236e bijeenkomst van de American Astronomical Society en is de hoofdauteur van een artikel dat is geaccepteerd in The Astrophysical Journal Letters. Het is momenteel beschikbaar op de pre-print server arXiv.