Два спутника Марса — Фобос и Деймос . [1] Они имеют неправильную форму. [2] Оба были открыты американским астрономом Асафом Холлом в августе 1877 года [3] и названы в честь греческих мифологических персонажей-близнецов Фобоса (страх и паника) и Деймоса (ужас и ужас), которые сопровождали своего отца Ареса в битве. Арес, бог войны, был известен римлянам как Марс .
По сравнению с земной Луной спутники Фобос и Деймос небольшие . Фобос имеет диаметр 22,2 км (13,8 миль) и массу 1,08 × 10.Вес Деймоса составляет 16 кг, а диаметр Деймоса составляет 12,6 км (7,8 миль), а масса - 2,0 × 10.15 кг. Фобос вращается ближе к Марсу, с большой полуосью 9377 км (5827 миль) и периодом обращения 7,66 часа; в то время как Деймос вращается дальше по большой полуоси 23 460 км (14 580 миль) и орбитальному периоду 30,35 часов.
Спекуляции о существовании спутников Марса начались, когда были открыты спутники Юпитера . Когда Галилео Галилей в качестве скрытого сообщения о том, что он наблюдал два выступа по бокам Сатурна (позже выяснилось, что это были его кольца), использовал анаграмму smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras для Altissimum Planetam Tergeminum Observavi («Я наблюдал, что у самой отдаленной планеты было тройное форма»), Иоганн Кеплер неверно истолковал это слово как Salve umbistineum geminatum Martia proles (Здравствуйте, разъяренные близнецы, сыновья Марса). [4]
Возможно, вдохновленная Кеплером (и цитирующая третий закон движения планет Кеплера ), сатира Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» (1726) относится к двум лунам в Части 3, Главе 3 («Путешествие на Лапуту »), в которой описаны астрономы Лапуты. как открытие двух спутников Марса, вращающихся на расстоянии 3 и 5 марсианских диаметров с периодами 10 и 21,5 часа. Фобос и Деймос (оба были обнаружены в 1877 году, более чем через столетие после романа Свифта) имеют фактические орбитальные расстояния 1,4 и 3,5 марсианских диаметров, а их соответствующие орбитальные периоды составляют 7,66 и 30,35 часов. [5] [6] В 20 веке В.Г. Перминов, конструктор ранних советских космических кораблей на Марс и Венеру , предположил, что Свифт нашел и расшифровал записи, оставленные марсианами на Земле. [7] Однако большинство астрономов считают, что Свифт просто использовал распространённый аргумент того времени, согласно которому внутренние планеты Венера и Меркурий не имели спутников, у Земли был один, а у Юпитера — четыре (известных в то время), что Марс по аналогии должен иметь два. Более того, поскольку они еще не были обнаружены, предполагалось, что они должны быть небольшими и расположены близко к Марсу. Это позволило бы Свифту примерно точно оценить их орбитальные расстояния и периоды обращения. Кроме того, в расчетах Свифту мог помочь его друг, математик Джон Арбетнот . [8]
В рассказе Вольтера 1752 года « Микромегас » об инопланетном посетителе Земли также упоминаются два спутника Марса. Вероятно, Вольтер находился под влиянием Свифта. [9] [10] В знак признания этих «предсказаний» два кратера на Деймосе названы Свифт и Вольтер , [11] [12] в то время как на Фобосе есть один кратер с названием Laputa Regio и один с названием Planitia , Lagado Planitia . оба названы в честь мест из « Путешествий Гулливера» (вымышленная Лапута , летающий остров, и Лагадо , воображаемая столица вымышленной нации Бальнибарби ). [13] Многие кратеры на Фобосе также названы в честь персонажей «Путешествий Гулливера» . [14]
Асаф Холл обнаружил Деймос 12 августа 1877 года примерно в 07:48 по всемирному координированному времени и Фобос 18 августа 1877 года в Военно-морской обсерватории США ( Старая военно-морская обсерватория в Туманном дне) в Вашингтоне, округ Колумбия , примерно в 09:14 по Гринвичу (современные источники, используя астрономическое соглашение до 1925 года , согласно которому день начинался в полдень, [15] указывают время открытия как 11 августа 14:40 и 17 августа 16:06 по Вашингтонскому времени соответственно). [16] [17] [18] В то время он сознательно искал марсианские спутники. Холл ранее видел нечто похожее на марсианскую луну 10 августа, но из-за плохой погоды он не смог окончательно идентифицировать их позднее.
Холл записал свое открытие Фобоса в своей записной книжке следующим образом: [19]
- «Я повторил обследование в начале ночи 11-го числа [августа 1877 года] и снова ничего не нашел, но повторив попытку несколько часов спустя, я обнаружил слабый объект на следующей стороне и немного севернее планеты. Настало время обеспечить наблюдение за его положением, когда туман с реки остановил работу. Это было в половине второго часа ночи 11-го числа. На несколько дней помешала пасмурная погода.
- «15 августа погода выглядела более многообещающей, я ночевал в обсерватории. В 11 часов небо прояснилось грозой, и поиски возобновились. Однако атмосфера была в очень плохом состоянии, а Марс был таким пылающим и неустойчивым. что ничего не было видно из объекта, который, как мы теперь знаем, находился в то время так близко к планете, что был невидим.
- «16 августа объект был снова найден на следующей стороне планеты, и наблюдения той ночи показали, что он двигался вместе с планетой и если был спутником, то находился вблизи одного из ее удлинений. До этого времени я ничего не говорил всем в Обсерватории о моих поисках спутника Марса, но, покидая обсерваторию после этих наблюдений 16-го числа, около трех часов утра, я рассказал своему помощнику Джорджу Андерсону, которому я показал возразил, что я думал, что обнаружил спутник Марса. Я посоветовал ему также хранить молчание, так как не хотел, чтобы что-либо было сказано до тех пор, пока вопрос не будет вне всякого сомнения. Он ничего не сказал, но эта вещь была слишком хороша, чтобы ее хранить, и я позволил ей это сделать. 17 августа между часом и двумя часами, пока я сводил свои наблюдения, профессор Ньюкомб вошел в мою комнату, чтобы пообедать, и я показал ему свои измерения слабого объекта вблизи Марса, которые доказали, что он двигался со скоростью планета.
- «17 августа во время ожидания и наблюдения за внешней луной была открыта внутренняя. Наблюдения 17 и 18 числа поставили вне сомнений характер этих объектов, и об открытии было публично объявлено адмиралом Роджерсом».
Телескоп, использованный для открытия, представлял собой 26-дюймовый (66 см) рефрактор (телескоп с линзой), который тогда находился в Туманном дне. [20] В 1893 году линзу перемонтировали и поместили в новый купол, где она и остается до 21 века. [21]
Имена, первоначально написанные как Фобус и Деймус соответственно, были предложены Генри Мэданом (1838–1901), магистром наук Итона , из Книги XV « Илиады» , где Арес вызывает Страх и Испуг. [22] Внучкой брата Генри Мадана Фальконера Мадана была Венеция Берни , которая первой предложила имя Плутона .
В 1959 году Уолтер Скотт Хьюстон устроил знаменитую первоапрельскую розыгрыш в апрельском выпуске Great Plains Observer , заявив, что «доктор Артур Хейалл из Университета Сьерры сообщает, что спутники Марса на самом деле являются искусственными спутниками». И доктор Хайалл, и Университет Сьерры были вымышленными. Мистификация привлекла внимание всего мира, когда утверждение Хьюстона было всерьез повторено советским ученым Иосифом Шкловским [23] , который, основываясь на позже опровергнутой оценке плотности, предположил, что Фобос представлял собой полую металлическую оболочку .
Были проведены поиски дополнительных спутников. В 2003 году Скотт С. Шеппард и Дэвид К. Джуитт исследовали почти всю сферу Хилла Марса на предмет спутников неправильной формы . Однако рассеянный свет Марса не позволил им исследовать внутренние несколько угловых минут, где находятся спутники Фобос и Деймос. Не было обнаружено ни одного нового спутника с видимой предельной красной величиной 23,5, что соответствует радиусу около 0,09 км с использованием альбедо 0,07. [24]
Если смотреть с поверхности Марса вблизи его экватора, полный Фобос будет выглядеть примерно на треть меньше полной Луны на Земле. Его угловой диаметр составляет от 8 футов (подъём) до 12 футов (над головой). Из-за своей близкой орбиты он будет выглядеть меньше, когда наблюдатель находится дальше от марсианского экватора, пока он полностью не опустится за горизонт, когда наблюдатель приближается к полюсам; таким образом, Фобос не виден с полярных ледяных шапок Марса. Для наблюдателя на Марсе Деймос больше походил бы на яркую звезду или планету (лишь немного больше, чем Венера с Земли). Его угловой диаметр составляет около 2 футов. Угловой диаметр Солнца, видимый с Марса, напротив, составляет около 21 фута. Таким образом, на Марсе не бывает полных солнечных затмений , поскольку спутники слишком малы, чтобы полностью закрыть Солнце. С другой стороны, полные лунные затмения Фобоса происходят почти каждую ночь. [25]
Движения Фобоса и Деймоса будут сильно отличаться от движений земной Луны. Быстрый Фобос восходит на западе, заходит на востоке и снова восходит всего за одиннадцать часов, в то время как Деймос, находясь всего лишь за пределами синхронной орбиты , восходит, как и ожидалось, на востоке, но очень медленно. Несмотря на 30-часовую орбиту, ему требуется 2,7 дня, чтобы зайти на западе, поскольку он медленно отстает от вращения Марса.
Обе луны связаны приливной силой и всегда обращены к Марсу одной и той же стороной. Поскольку Фобос вращается вокруг Марса быстрее, чем вращается сама планета, приливные силы медленно, но неуклонно уменьшают радиус его орбиты. В какой-то момент в будущем, когда Фобос окажется в пределах предела Роша , он будет разрушен этими приливными силами и либо врежется в Марс, либо сформирует кольцо. [26] [27] Несколько цепочек кратеров на поверхности Марса, наклоненных тем дальше от экватора, чем старше они, позволяют предположить, что, возможно, существовали и другие небольшие спутники, которых постигла судьба, ожидаемая от Фобоса, и что марсианская кора в целом перемещался между этими событиями. [28] Деймос, с другой стороны, находится достаточно далеко, поэтому вместо этого его орбита медленно ускоряется, [29] сродни земной Луне.
Происхождение марсианских спутников до сих пор остается спорным. [31] Фобос и Деймос имеют много общего с углеродистыми астероидами C-типа , их спектры , альбедо и плотность очень похожи на спектры, альбедо и плотность , очень похожие на спектры астероидов C- или D-типа. [32] Основываясь на их сходстве, одна из гипотез состоит в том, что обе луны могут быть захвачены астероидами главного пояса . [6] [33] Обе луны имеют очень круглые орбиты, которые лежат почти точно в экваториальной плоскости Марса , и, следовательно, источник захвата требует механизма для округления первоначально сильно эксцентричной орбиты и регулировки ее наклона в экваториальную плоскость, скорее всего, с помощью сочетание атмосферного сопротивления и приливных сил [34] , хотя неясно, есть ли достаточно времени, чтобы это произошло на Деймосе. [31] Захват также требует рассеивания энергии. Нынешняя атмосфера Марса слишком разрежена, чтобы захватить объект размером с Фобос путем атмосферного торможения. [31] Джеффри Лэндис отметил, что захват мог бы произойти, если бы первоначальное тело было двойным астероидом , который отделился под действием приливных сил. [33]
Фобос может быть объектом Солнечной системы второго поколения, который объединился на орбите после формирования Марса, а не сформировался одновременно из того же родового облака, что и Марс. [35]
Другая гипотеза состоит в том, что Марс когда-то был окружен множеством тел размером с Фобос и Деймос, возможно, выброшенных на орбиту вокруг него в результате столкновения с большой планетезималью . [36] Высокая пористость внутренней части Фобоса (на основе плотности 1,88 г/см 3 , пустоты, по оценкам, составляют от 25 до 35 процентов объема Фобоса) несовместима с астероидным происхождением. [37] Наблюдения за Фобосом в тепловом инфракрасном диапазоне позволяют предположить, что он содержит в основном слоистые силикаты , которые хорошо известны с поверхности Марса. Спектры отличаются от спектров всех классов хондритовых метеоритов, что снова указывает на астероидное происхождение. [38] Оба набора результатов подтверждают происхождение Фобоса из материала, выброшенного в результате удара о Марс и вновь образовавшегося на марсианской орбите, [39] аналогично преобладающей теории происхождения земной Луны.
Спутники Марса, возможно, возникли в результате огромного столкновения с протопланетой, составлявшей треть массы Марса, которая образовала кольцо вокруг Марса. Внутренняя часть кольца образовала большую луну. Гравитационное взаимодействие между этой луной и внешним кольцом сформировало Фобос и Деймос. Позже большая луна врезалась в Марс, но две маленькие луны остались на орбите. Эта теория согласуется с мелкозернистой поверхностью спутников и их высокой пористостью. Внешний диск будет создавать мелкозернистый материал. [40] [41] Моделирование предполагает, что объект, сталкивающийся с Марсом, должен был находиться в пределах диапазона размеров Цереры и Весты , потому что более сильный удар создал бы более массивный диск и спутники, которые помешали бы выживанию крошечных спутников, таких как Фобос и Деймос. . [42]
Совсем недавно Амирхоссейн Багери и его коллеги из ETH Zurich и Военно-морской обсерватории США предложили новую гипотезу происхождения лун. Анализируя сейсмические и орбитальные данные миссии Mars InSight и других миссий, они предположили, что спутники возникли в результате разрушения общего родительского тела примерно от 1 до 2,7 миллиардов лет назад. Общий прародитель Фобоса и Деймоса, скорее всего, был поражен другим объектом и раскололся, образовав Фобос и Деймос. [43] Но недавняя статья предполагает, что маловероятно, что Фобос и Деймос отделились непосредственно от одной древней луны. [44] Они используют моделирование N-тел, чтобы показать, что сценарий с единственной древней луной должен привести к столкновению двух лун, что приведет к образованию кольца обломков через 10 4 лет.
Хотя многие марсианские зонды предоставили изображения и другие данные о Фобосе и Деймосе, лишь немногие из них были посвящены этим спутникам и предназначались для облета или посадки на поверхность.
Два зонда по советской программе «Фобос» были успешно запущены в 1988 году, но ни один из них не совершил запланированных прыжковых приземлений на Фобос и Деймос из-за неудач (хотя « Фобос-2» успешно сфотографировал Фобос). Постсоветский российский зонд «Фобос-Грунт» должен был стать первой миссией по возвращению образцов с Фобоса, но из-за отказа ракеты он застрял на околоземной орбите в 2011 году. Попытки реактивировать корабль не увенчались успехом, и он упал обратно на Землю в неконтролируемое возвращение в атмосферу 15 января 2012 года над Тихим океаном , к западу от Чили . [45] [46] [47]
В 1997 и 1998 годах миссия «Аладдин» была выбрана финалистом программы NASA Discovery . План состоял в том, чтобы посетить Фобос и Деймос и запустить снаряды по спутникам. Зонд будет собирать выбросы во время медленного пролета. [ нужна цитация ] Эти образцы будут возвращены на Землю для изучения три года спустя. В конечном итоге НАСА отклонило это предложение в пользу MESSENGER — зонда к Меркурию.
В 2007 году Европейское космическое агентство и EADS Astrium предложили и разработали миссию на Фобос в 2016 году с посадочным модулем и возвратом образцов, но эта миссия так и не была запущена. Канадское космическое агентство рассматривает возможность миссии Phobos Reconnaissance and International Mars Exploration (PRIME) на Фобос с орбитальным аппаратом и посадочным модулем с 2007 года. С 2013 года НАСА разработало концепцию миссии Phobos Surveyor с орбитальным аппаратом и небольшим марсоходом. [48] [49] Миссия НАСА PADME была разработана для проведения многочисленных облетов марсианских спутников, но не была выбрана для разработки. [50] Кроме того, НАСА оценивает концептуальную миссию OSIRIS-REx II для возвращения образцов с Фобоса. [51] Был концептуализирован еще один образец миссии по возвращению с Деймоса, названный «Гулливер» . [52]
JAXA планирует запустить миссию Martian Moons eXploration (MMX) в 2026 году, чтобы вернуть первые образцы с Фобоса. [53] [54] Космический корабль выйдет на орбиту вокруг Марса, затем перейдет на Фобос, [55] приземлится один или два раза и соберет пескоподобные частицы реголита с помощью простой пневматической системы. [56] Целью миссии спускаемого аппарата является сбор образцов массой не менее 10 г (0,35 унции). [57] [58] Затем космический корабль взлетит с Фобоса и совершит несколько облетов меньшего спутника Деймоса, а затем отправит возвращаемый модуль обратно на Землю , который прибудет в июле 2029 года . [55] [53]
Одна из идей заключается в том, что Фобос и Деймос, другой спутник Марса, являются захваченными астероидами.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Примерно через 100 миллионов лет Фобос, вероятно, будет разрушен стрессом, вызванным неослабевающими приливными силами, и обломки сформируют разлагающееся кольцо вокруг Марса.
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )