Naukowcy badający orbity księżyców Marsa znaleźli dowody na to, że Czerwona Planeta mogła kiedyś mieć pierścienie – i może kiedyś znów je mieć.
Obecnie Mars nie ma pierścieni i ma dwa małe księżyce: Deimos (12 kilometrów średnicy) i Phobos (22 kilometry).
Deimos leży dalej na zewnątrz i zajmuje nieco więcej niż marsjański dzień na orbitę planety. Phobos leży bliżej środka i krąży wokół raz na 7,5 godziny.
Ale nie zawsze tak było, mówi Matija Ćuk z Instytutu SETI w Kalifornii. Przez większą część swojej historii Mars miałby również wydatne pierścienie… plus sukcesja księżyców proto-Phobos, które zostały uformowane i zniszczone w cyklu, który ostatecznie wyprodukował Phobos, jaki znamy.
To hipoteza, która została zaproponowana w 2017 roku przez Davida Mintona z Purdue University i jego absolwenta, Andrew Hesselbrocka.
Podług tej teorii, mówi Ćuk, początkowy proto-Phobos, Deimos i pierwszy pierścień wszystkie uformowałyby się z materiału orbitującego wokół niemowlęcego Marsa, miliardy lat temu.
Ale nie byłaby to stabilna sytuacja, ponieważ efekty grawitacyjne z materiału pierścienia zmieniłyby orbitę proto-Phobosa, powodując jego migrację na zewnątrz.
W tym samym czasie, materiał z pierścienia przesunąłby się do wewnątrz i stale padałby na Marsa. (Deimos, leżący dalej, nie zostałby dotknięty w ten sam sposób.)
Odkąd materiał z pierścienia został wyczerpany, Ćuk mówi, proces by się odwrócił, z efektami grawitacyjnymi z Marsa powodującymi, że proto-Phobos zacząłby migrować z powrotem do środka.
W końcu znalazłby się tak blisko, że marsjańska grawitacja rozerwałaby go, tworząc nowy pierścień, z którego około 20% uległoby koalescencji w nowego proto-Phobosa.
Ten proto-Phobos zacząłby wtedy migrować z powrotem na zewnątrz, podczas gdy materiał z nowego pierścienia znów zacząłby padać na Marsa.
W końcu drugi pierścień rozproszyłby się, a nowy proto-Phobos ponownie zmieniłby kurs, migrując z powrotem do środka – cykl, który mógłby powtórzyć się sześć lub siedem razy.
” jest coraz mniej masy” – mówi Ćuk. masz pierścienie, które trwają coraz dłużej.”
Do tej pory to tylko teoria. Burzą mózgów Ćuka było uświadomienie sobie, że może to mieć związek ze starą tajemnicą dotyczącą orbit księżyców.
Dziesiątki lat temu naukowcy uważali, że Phobos i Deimos to przechwycone asteroidy – coś, co miało sens, biorąc pod uwagę ich niewielki rozmiar i bliskość Marsa do Pasa Asteroid.
Potem zdano sobie sprawę, że ponieważ ich orbity leżą w prawie tej samej płaszczyźnie co równik marsjański, było to wysoce nieprawdopodobne, i musiały one powstać na orbicie wokół Marsa.
Był tylko jeden problem. Orbita Deimosa jest w rzeczywistości odchylona o dwa stopnie od tej płaszczyzny.
To na tyle mało, że przez wiele lat nikt nie myślał o tym zbyt wiele. Ale to nie to samo, co wiedzieć dlaczego.
Okazuje się, że migracja na zewnątrz starożytnego proto-Phobosa, około 2,5 miliarda lat temu, mogłaby to wyjaśnić, tak długo, jak ten proto-Phobos poruszał się wystarczająco daleko, aby jego orbita osiągnęła „rezonans 3:1” z Deimosem.
„To jest sytuacja, w której księżyc ma jedną trzecią okresu orbitalnego Deimosa,” mówi Ćuk.
Taka synchronizacja orbit, mówi, może wytwarzać silne interakcje między księżycami – zwłaszcza gdy wewnętrzny księżyc porusza się na zewnątrz, popychając zewnętrzny w odpowiedni sposób, aby przechylić jego orbitę w sposób, który widzimy dla Deimosa dzisiaj.
Ale to może się zdarzyć tylko wtedy, gdy wewnętrzny księżyc porusza się na zewnątrz przez rezonans, ” jedyną prawdopodobną przyczyną migracji na zewnątrz jest interakcja z pierścieniem”, he says.
Ćuk’s calculations also show that the outwardly migrating moon would have had to have been about 20 times more massive (2.7 razy większy w średnicy) niż obecny Phobos – co oznacza, że nie był to bezpośredni prekursor Phobosa (który był prawdopodobnie tylko około pięć razy masywniejszy), ale raczej jego „dziadek”.
Przedtem mógł być pradziadek, a być może nawet prapradziadek, z początkowym proto-Phobosem, który mógł być 100 razy lub więcej masywniejszy niż dzisiejszy – każdemu z nich towarzyszyły coraz większe pierścienie.
Co by się stało z całym tym materiałem pierścieniowym, gdy spadł na Marsa, jest niejasne.
Byłoby go wystarczająco dużo, mówi Minton, że upadek pierwszego takiego pierścienia mógł stworzyć grzbiet tak wysoki jak kilka kilometrów, biegnący całą drogę wokół marsjańskiego równika.
Ale jeśli tak się stało, mówi, nikt jeszcze nie znalazł jego śladów. Może było to wystarczająco dawno temu, że Mars był wystarczająco wilgotniejszy i bardziej aktywny geologicznie, aby wszystkie ślady uległy erozji. Albo może cząstki pierścienia rozpadły się w marsjańskiej atmosferze i rozproszyły jak pył, po całej planecie.
Międzyczasie Phobos jest teraz ciągnięty z powrotem w kierunku Marsa na tyle szybko, że NASA szacuje, że prawdopodobnie rozpadnie się w ciągu następnych 50 milionów lat.
W tym czasie Mars znów będzie miał pierścienie, z których jeszcze mniejsza pozostałość Phobos może się zreformować, jak dziecko feniks powstające, jeszcze raz, z ruin swojego poprzednika.
Ćuk przedstawił w tym tygodniu na wirtualnym 236th Meeting of the American Astronomical Society i jest głównym autorem papieru przyjętego do The Astrophysical Journal Letters. Jest ona obecnie dostępna na serwerze preprintów arXiv.
.