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 персонажей-близнецов греческой мифологии Фобоса (страх и паника) и Деймоса (ужас и ужас), которые сопровождали своего отца Ареса ( Марс в римской мифологии, отсюда и название планеты) в битве.
По сравнению с Луной Земли , луны Фобос и Деймос малы. Фобос имеет диаметр 22,2 км (13,8 миль) и массу 1,08 × 1016 кг, а Деймос имеет диаметр 12,6 км (7,8 миль) и массу 1,5 × 1015 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, с большой полуосью 23 460 км (14 580 миль) и периодом обращения 30,35 часа.
Возникли две основные гипотезы относительно происхождения лун: первая предполагает, что они произошли от самого Марса, возможно, от гигантского ударного события, которое, как предполагается, создало марсианскую дихотомию и бассейн Бореалис . Вторая предполагает, что они являются захваченными астероидами. Обе гипотезы совместимы с текущими данными, хотя предстоящие миссии по возвращению образцов, возможно, смогут определить, какая из гипотез верна. [4]
Спекуляции о существовании лун Марса начались, когда были открыты луны Юпитера . Когда Галилео Галилей (1564–1642), в качестве скрытого отчета 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 самая далекая планета имеет тройную форму»), Иоганн Кеплер (1571–1630) неверно истолковал ее как Salve umbistineum geminatum Martia proles (Привет, яростные близнецы, сыновья Марса). [5]
Возможно, вдохновлённый Кеплером (и цитирующий третий закон движения планет Кеплера ), сатира Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» (1726) ссылается на две луны в Части 3, Главе 3 («Путешествие на Лапуту »), в которой астрономы Лапуты описываются как открывшие два спутника Марса, вращающиеся 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 диаметра, а их соответствующие орбитальные периоды составляют 7,66 и 30,35 часа. [6] [7] В 20 веке В.Г. Перминов, конструктор ранних советских космических аппаратов для исследования Марса и Венеры , предположил, что Свифт нашел и расшифровал записи, которые марсиане оставили на Земле. [8] Однако большинство астрономов считают, что Свифт просто использовал распространенный аргумент того времени, что поскольку у внутренних планет Венеры и Меркурия не было спутников, у Земли был один, а у Юпитера было четыре (известных в то время), то у Марса по аналогии должно быть два. Кроме того, поскольку они еще не были обнаружены, было высказано предположение, что они должны быть небольшими и близкими к Марсу. Это привело бы Свифта к приблизительно точной оценке их орбитальных расстояний и периодов обращения. Кроме того, в его расчетах Свифту мог помочь его друг, математик Джон Арбетнот . [9]
В рассказе Вольтера 1752 года « Микромегас » об инопланетном госте на Земле также упоминаются две луны Марса. Вольтер, предположительно, находился под влиянием Свифта. [10] [11] В знак признания этих литературных ссылок два кратера на Деймосе названы Свифтом и Вольтером , [12] [13] в то время как на Фобосе есть один под названием regio , Laputa Regio , и один под названием planitia , Lagado Planitia , оба из которых названы в честь мест из «Путешествий Гулливера» (вымышленный Лапута , летающий остров, и Лагадо , воображаемая столица вымышленной страны Бальнибарби ). [14] Многие из кратеров на Фобосе также названы в честь персонажей из «Путешествий Гулливера» . [15]
Асаф Холл открыл Деймос 12 августа 1877 года примерно в 07:48 UTC, а 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 GMT (современные источники, использующие астрономическую конвенцию до 1925 года , согласно которой день начинался в полдень, [16] указывают время открытия как 11 августа 14:40 и 17 августа 16:06 по вашингтонскому времени соответственно). [17] [18] [19] В то время он намеренно искал марсианские луны. Ранее Холл видел то, что казалось марсианской луной, 10 августа, но из-за плохой погоды он не мог окончательно идентифицировать их до более позднего времени.
Холл записал свое открытие Фобоса в своей записной книжке следующим образом: [20]
- «Я повторил осмотр в начале ночи 11-го [августа 1877 года] и снова ничего не нашел, но, попытавшись снова несколько часов спустя, я обнаружил слабый объект на следующей стороне и немного севернее планеты. Я едва успел зафиксировать его положение, когда туман с реки остановил работу. Это было в половине третьего ночи 11-го числа. Пасмурная погода стояла несколько дней.
- «15 августа погода выглядела более многообещающей, я ночевал в обсерватории. Небо прояснилось, в 11 часов разразилась гроза, и поиски возобновились. Однако атмосфера была в очень плохом состоянии, а Марс был таким пылающим и неустойчивым, что ничего нельзя было увидеть об объекте, который, как мы теперь знаем, в то время находился так близко к планете, что был невидим.
- «16 августа объект был снова обнаружен на следующей стороне планеты, и наблюдения той ночи показали, что он движется вместе с планетой, и если это спутник, то он находится вблизи одной из ее элонгаций. До этого времени я никому не говорил в обсерватории о своих поисках спутника Марса, но, покидая обсерваторию после этих наблюдений 16-го числа, около трех часов утра, я сказал своему помощнику Джорджу Андерсону, которому я показал объект, что, по-моему, я обнаружил спутник Марса. Я также сказал ему молчать, поскольку я не хотел, чтобы что-либо было сказано, пока вопрос не будет вне сомнений. Он ничего не сказал, но вещь была слишком хороша, чтобы ее хранить, и я сам выболтал ее. 17 августа между часом и двумя часами, пока я сокращал свои наблюдения, профессор Ньюкомб зашел в мою комнату, чтобы пообедать, и я показал ему свои измерения слабого объекта около Марса, которые доказали, что он движется вместе с планетой.
- «17 августа, во время ожидания и наблюдения за внешней луной, была обнаружена внутренняя. Наблюдения 17-го и 18-го числа не оставили сомнений в характере этих объектов, и об открытии публично объявил адмирал Роджерс».
Телескоп, использовавшийся для открытия, представлял собой 26-дюймовый (66 см) рефрактор (телескоп с линзой), который тогда находился в Фогги-Боттоме. [21] В 1893 году линза была перемонтирована и помещена в новый купол, где она и остается до 21 века. [22]
Имена, первоначально писавшиеся как Phobus и Deimus , соответственно, были предложены Генри Маданом (1838–1901), магистром наук Итона , из книги XV «Илиады » , где Арес вызывает Страх и Испуг. [23] Внучкой брата Генри Мадана, сокольничего Мадана, была Венеция Берни , которая первой предложила имя Плутон .
В 1959 году Уолтер Скотт Хьюстон совершил знаменитую первоапрельскую мистификацию в апрельском выпуске Great Plains Observer , заявив, что «доктор Артур Хайалл из Университета Сьерра-Невада сообщает, что луны Марса на самом деле являются искусственными спутниками». И доктор Хайалл, и Университет Сьерра-Невада были фиктивными. Мистификация привлекла внимание всего мира, когда заявление Хьюстона было повторено всерьез советским ученым Иосифом Шкловским [24] , который, основываясь на позже опровергнутой оценке плотности, предположил, что Фобос был полой металлической оболочкой .
Поиски дополнительных спутников были проведены. В 2003 году Скотт С. Шеппард и Дэвид К. Джуитт обследовали почти всю сферу Хилла Марса на предмет нерегулярных спутников . Однако рассеянный свет от Марса помешал им провести поиск во внутренних нескольких угловых минутах, где находятся спутники Фобос и Деймос. Не было найдено никаких новых спутников с видимой предельной красной величиной 23,5, что соответствует радиусам около 0,09 км при альбедо 0,07. [25]
Если смотреть с поверхности Марса около его экватора, полный Фобос будет выглядеть примерно в треть размера полной Луны на Земле. Его угловой диаметр составляет от 8' (восходящий) до 12' (над головой). Из-за его 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 шапок Марса. Деймос будет больше похож на яркую звезду или планету (лишь немного больше, чем Венера выглядит с Земли) для наблюдателя на Марсе. Его угловой диаметр составляет около 2'. Угловой диаметр Солнца, видимый с Марса, напротив, составляет около 21'. Таким образом, на Марсе нет полных солнечных затмений , поскольку луны слишком малы, чтобы полностью закрыть Солнце. С другой стороны, полные лунные затмения Фобоса происходят почти каждую ночь. [26]
Движения Фобоса и Деймоса будут выглядеть совсем иначе, чем движения 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 свою 30-часовую орбиту, ему требуется 2,7 дня, чтобы зайти на западе, поскольку он медленно отстает от вращения Марса.
Оба спутника приливно заблокированы , 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 его орбитальный радиус. В какой-то момент в будущем, когда он попадет в предел Роша , Фобос будет разбит этими приливными силами и либо врежется в Марс, либо образует кольцо. [27] [28] Несколько цепочек кратеров на поверхности Марса, наклоненных дальше от экватора по мере их старения, предполагают, что могли быть и другие небольшие спутники, которые понесли ту же участь, что и Фобос, и что марсианская кора в целом сместилась между этими событиями. [29] Деймос, с другой стороны, находится достаточно далеко, чтобы его орбита вместо этого медленно увеличивалась, [30] подобно Луне Земли.
5 марта 2024 г.: НАСА опубликовало изображения транзитов спутника Деймоса , спутника Фобоса и планеты Меркурий , полученные марсоходом Perseverance на планете Марс.
Происхождение марсианских лун до сих пор остается спорным. [32] Фобос и Деймос имеют много общего с углеродистыми астероидами C-типа , со спектрами , альбедо и плотностью, очень похожими на спектры астероидов C- или D-типа. [33] Основываясь на их сходстве, одна из гипотез заключается в том, что обе луны могут быть захваченными астероидами главного пояса . [7] [34] Обе луны имеют очень круговые орбиты, которые лежат почти точно в экваториальной плоскости Марса , и, следовательно, для происхождения захвата требуется механизм для округления изначально сильно эксцентричной орбиты и корректировки ее наклона в экваториальную плоскость, скорее всего, за счет комбинации атмосферного сопротивления и приливных сил , [35] хотя не ясно, достаточно ли времени доступно для этого в случае Деймоса. [32] Захват также требует рассеивания энергии. Текущая атмосфера Марса слишком разрежена, чтобы захватить объект размером с Фобос путем атмосферного торможения. [32] Джеффри Лэндис указал, что захват мог произойти, если исходное тело было двойным астероидом , который разделился под действием приливных сил. [34]
Фобос может быть объектом Солнечной системы второго поколения, который сформировался на орбите после образования Марса, а не сформировался одновременно с ним из того же облака рождения. [36]
Другая гипотеза заключается 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 крупной планетезималью . [37] Высокая пористость внутренней части Фобоса (основанная на плотности 1,88 г/см3 , пустоты, по оценкам, составляют от 25 до 35 процентов объема Фобоса) несовместима с астероидным происхождением. [38] Наблюдения за Фобосом в тепловом инфракрасном диапазоне предполагают состав, содержащий в основном филлосиликаты , которые хорошо известны по поверхности Марса. Спектры отличаются от спектров всех классов хондритовых метеоритов, что снова указывает в сторону от астероидного происхождения. [39] Оба набора выводов подтверждают происхождение Фобоса из материала, выброшенного при ударе о Марс, который повторно аккрецировал на марсианской орбите, [40] аналогично преобладающей теории происхождения Луны Земли.
Спутники Марса могли начаться с огромного столкновения с протопланетой массой в одну треть массы Марса, которая образовала кольцо вокруг Марса. Внутренняя часть кольца образовала большую луну. Гравитационные взаимодействия между этой луной и внешним кольцом сформировали Фобос и Деймос. Позже большая луна врезалась в Марс, но две маленькие луны остались на орбите. Эта теория согласуется с мелкозернистой поверхностью лун и их высокой пористостью. Внешний диск создал бы мелкозернистый материал. [41] [42] Моделирование показывает, что объект, столкнувшийся с Марсом, должен был быть в пределах размера Цереры и Весты , потому что более сильное столкновение создало бы более массивный диск и луны, которые бы помешали выживанию крошечных лун, таких как Фобос и Деймос. [43]
Совсем недавно Амирхосейн Багери и его коллеги из ETH Zurich и Военно-морской обсерватории США предложили новую гипотезу о происхождении лун. Анализируя сейсмические и орбитальные данные миссии Mars InSight и других миссий, они предположили, что луны рождаются в результате разрушения общего родительского тела около 1–2,7 миллиарда лет назад. Общий прародитель Фобоса и Деймоса, скорее всего, был поражен другим объектом и разбился, образовав Фобос и Деймос. [44] Но недавняя статья предполагает, что маловероятно, что Фобос и Деймос отделились напрямую от одной предковой луны. [45] Они используют моделирование N-тел, чтобы показать, что сценарий с одной предковой луной должен привести к столкновению двух лун, что приведет к образованию кольца обломков через 10 4 лет.
Другое предположение заключается в том, что Марс был поражен объектом из-за орбиты Сатурна или Нептуна, около 3% массы планеты и состоящим по крайней мере из 30% и до 70% водяного льда. Это создало бы диск вокруг планеты с большим количеством воды, которая охладила бы ее и изменила химический состав пород, вероятно, производя тип минералов, называемых филлосиликатами . [46]
Хотя многие марсианские зонды предоставляли изображения и другие данные о Фобосе и Деймосе, лишь немногие из них были предназначены для изучения этих спутников и намеревались совершить облет или посадку на поверхность.
Два зонда в рамках советской программы «Фобос» были успешно запущены в 1988 году, но ни один из них не совершил предполагаемых прыжковых посадок 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 отказ ракеты оставил его на околоземной орбите в 2011 году. Попытки реактивировать аппарат не увенчались успехом, и он упал на Землю в результате неконтролируемого повторного входа в атмосферу 15 января 2012 года над Тихим океаном , к западу от Чили . [47] [48] [49]
В 1997 и 1998 годах миссия Aladdin была выбрана в качестве финалиста в программе NASA Discovery . План состоял в том, чтобы посетить Фобос и Деймос и запустить снаряды по спутникам. Зонд собирал выбросы во время медленного пролета. Эти образцы должны были быть возвращены на Землю для изучения три года спустя. В конечном итоге, NASA отклонило это предложение в пользу MESSENGER , зонда к Меркурию. [50]
В 2007 году Европейское космическое агентство и EADS Astrium предложили и разработали миссию к Фобосу в 2016 году с посадочным модулем и возвратом образцов, но эта миссия так и не была запущена. [ требуется ссылка ] Канадское космическое агентство рассматривает миссию Phobos Reconnaissance and International Mars Exploration (PRIME) к Фобосу с орбитальным модулем и посадочным модулем с 2007 года. [ требуется ссылка ] С 2013 года НАСА разработало концепцию миссии Phobos Surveyor с орбитальным модулем и небольшим марсоходом. [51] [52] Миссия НАСА PADME была разработана для проведения множественных пролетов марсианских лун, но не была выбрана для разработки. [53] Кроме того, НАСА оценило OSIRIS-REx II , концептуальную миссию для возврата образцов с Фобоса. [54] Была разработана еще одна миссия по возврату образцов с Деймоса, называемая Gulliver . [55]
JAXA планирует запустить миссию Martian Moons eXploration (MMX) в 2026 году, чтобы доставить первые образцы с Фобоса. [56] [57] Космический корабль выйдет на орбиту вокруг Марса, затем переместится на Фобос, [58] и приземлится один или два раза и соберет частицы реголита, похожие на песок, с помощью простой пневматической системы. [59] Цель миссии спускаемого аппарата — извлечь минимум 10 г (0,35 унции) образцов. [60] [61] Затем космический корабль взлетит с Фобоса и совершит несколько облетов меньшей луны Деймоса, прежде чем отправить возвращаемый модуль обратно на Землю , который прибудет в июле 2029 года. [58] [56]
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, скорее всего, будет разрушен напряжением, вызванным неумолимыми приливными силами, а обломки сформируют распадающееся кольцо вокруг Марса.
{{cite web}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )