De vreemde vormen en kleuren van de kleine Marsmanen Phobos en Deimos hebben geleid tot een langdurig debat over hun oorsprong.

De donkere gezichten van de manen lijken op de primitieve asteroïden van het buitenste zonnestelsel, wat suggereert dat de manen misschien asteroïden zijn die lang geleden zijn gevangen in de zwaartekracht van Mars. Maar de vormen en hoeken van de banen van de manen passen niet in dit opnamescenario.

Een frisse kijk op 20 jaar oude gegevens van de Mars Global Surveyor-missie ondersteunt het idee dat de manen van Mars werden gevormd nadat een grote impact op de planeet veel steen in een baan om de aarde wierp, volgens een nieuwe studie in de Journal of Geophysical Research:Planeten, een publicatie van de American Geophysical Union.

De dataset bevatte ongefundeerde aanwijzingen voor het spul waar Phobos van gemaakt is, die meer lijkt op de korst van de Rode Planeet dan het lijkt, volgens de auteurs van de studie.

"Het leuke voor mij was om een ​​paar van de ideeën die er zijn, te onderzoeken met behulp van een oude dataset die onderbenut is, " zei Tim Glotch, een geowetenschapper aan de Stony Brook University in New York en de hoofdauteur van de nieuwe studie.

Marc Frietjes, een planetaire wetenschappers en curator van kosmisch stof in het Johnson Space Center van NASA, die niet betrokken was bij de nieuwe studie, zei dat het onvermogen om het ontstaan ​​van twee manen rond een naburige planeet te verklaren een flagrante tekortkoming is in het begrip van wetenschappers van maanvorming. Het opruimen zal helpen bij interpretaties van hoe andere manen en planeten in ons zonnestelsel en daarbuiten zijn gevormd. De nieuwe studie lost het mysterie niet op, maar het is een stap in de goede richting, hij zei.

"De kwestie van de oorsprong van Phobos en Deimos is een grappig soort mysterie, omdat we twee concurrerende hypothesen hebben die niet allebei waar kunnen zijn, zei Fries. "Ik zou dit niet beschouwen als een definitieve oplossing voor het mysterie van de oorsprong van de manen, maar het zal helpen om de discussie vooruit te helpen."

Donkere objecten

Het debat over de oorsprong van de manen van Mars heeft wetenschappers decennialang verdeeld, sinds de begindagen van de planetaire wetenschap. Bij zichtbaar licht, Phobos en Deimos zien er veel donkerder uit dan Mars, gewicht te geven aan de adoptiehypothese.

Wetenschappers bestuderen de minerale samenstelling van objecten door het licht dat ze reflecteren te breken in componentkleuren met een spectrofotometer, het creëren van onderscheidende visuele "vingerafdrukken". Door de spectrale vingerafdrukken van planetaire oppervlakken te vergelijken met een bibliotheek van spectra voor bekende materialen, ze kunnen de samenstelling van deze verre objecten afleiden. Het meeste onderzoek naar de samenstelling van asteroïden heeft hun spectra onderzocht in zichtbaar licht en in nabij-infrarood licht, die net buiten het menselijk zicht ligt aan de rode kant van het zichtbare spectrum.

In zichtbaar en nabij-infrarood licht, Phobos en D-klasse asteroïden zien er ongeveer hetzelfde uit - dat wil zeggen, hun beide spectra zijn bijna karakterloos omdat ze zo donker zijn. D-klasse asteroïden zijn bijna zwart als steenkool omdat, zoals kolen, ze bevatten koolstof. Dit donkere aspect van Phobos leidde tot de hypothese dat de maan een asteroïde in gevangenschap is die iets te dicht bij Mars vloog.

Maar wetenschappers die naar de banen van de manen van Mars keken, beweerden dat ze niet konden worden vastgelegd. Deze wetenschappers geloven dat de manen zich op hetzelfde moment als Mars moeten hebben gevormd, of het gevolg was van een enorme impact op de planeet tijdens zijn vormende millennia.

"Als je praat met de mensen die echt goed zijn in orbitale dynamiek en uitzoeken waarom bepaalde lichamen draaien zoals ze doen, zij zeggen dat, gezien de helling en de details van de baan van Phobos, het is bijna onmogelijk dat het werd vastgelegd. Dus je hebt de spectroscopistes die het ene zeggen en de dynamicisten iets anders, ' zei Glotch.

Warmte vingerafdrukken

Glotch besloot het probleem in een ander licht te bekijken:het midden-infrarood, die in hetzelfde bereik ligt als de lichaamstemperatuur. Hij keek naar de hittesignatuur van Phobos die in 1998 werd vastgelegd door een instrument dat hij beschrijft als een fraaie thermometer die op de Mars Global Surveyor wordt gedragen. Het robotachtige ruimtevaartuig bracht het grootste deel van zijn leven door met neerkijken op Mars, maar wierp een snelle blik op Phobos toen het in de buurt van de maan passeerde voordat het zich in een nauwere baan rond de planeet vestigde.

Warmte energie, als zichtbaar licht, kan worden opgesplitst in een spectrum van 'kleuren'. Zelfs objecten die in zichtbaar licht zwart lijken, kunnen gloeien in een kenmerkend infraroodspectrum. Hoewel Phobos erg koud is, het warmtespectrum heeft een waarneembare signatuur.

Glotch en zijn studenten vergeleken de mid-infraroodspectra van Phobos die door de Mars Global Explorer werden waargenomen met monsters van een meteoriet die op de aarde viel in de buurt van Tagish Lake, Brits Colombia, waarvan sommige wetenschappers hebben gesuggereerd dat het een fragment is van een asteroïde van de D-klasse, en andere steensoorten. In het labortorium, ze onderwierpen hun monsters aan Phobos-achtige omstandigheden van koud vacuüm, ze van boven en onder te verwarmen om de extreme temperatuurveranderingen van de zonnige naar de schaduwzijde van luchtloze objecten in de ruimte te simuleren.

"We hebben gevonden, bij deze golflengtebereiken, de Tagish Lake-meteoriet lijkt helemaal niet op Phobos, en in feite wat het meest overeenkomt met Phobos, of ten minste één van de kenmerken in het spectrum, is gemalen basalt, dat een gewoon vulkanisch gesteente is, en daar is het grootste deel van de korst van Mars van gemaakt, ' zei Glotch. 'Dat doet ons geloven dat Phobos misschien een overblijfsel is van een inslag die vroeg in de geschiedenis van Mars heeft plaatsgevonden.'

Planetaire korst ingebakken?

De nieuwe studie beweert niet dat Phobos volledig is gemaakt van materiaal van Mars, maar de nieuwe resultaten komen overeen met de maan die een deel van de aardkorst bevat, misschien als een samensmelting van puin van de planeet en de overblijfselen van het botsende object.

Patat, de wetenschapper die niet betrokken was bij de nieuwe studie, zei dat de Tagish Lake-meteoriet ongebruikelijk is, en misschien niet het beste voorbeeld van een D-klasse asteroïde die beschikbaar is voor een overtuigende vergelijking met Phobos. Fries voegde eraan toe dat het onwaarschijnlijk was dat de nieuwe studie een definitief antwoord zou kunnen geven, omdat Phobos onderhevig is aan ruimteverwering, die het reflectiespectrum beïnvloedt en moeilijk te repliceren is in het laboratorium.

Maar Fries zei dat hij het interessant vond dat een mix van basalt en koolstofrijk materiaal een geschikte match was voor Phobos. Een andere mogelijkheid is dat koolstofrijk ruimtestof in de buurt van Mars zich heeft verzameld op de dichtbij draaiende manen, hun oppervlakken donkerder maken, hij zei.

Wetenschappers krijgen mogelijk hun antwoord op de oorsprong van Phobos in de komende jaren, als het ruimtevaartuig Martian Moon eXploration en de asteroïde-ontdekkingsreizigers OSIRIS-Rex en Hayabusa2 hun missies voltooien om monsters te verzamelen en deze voor analyse naar de aarde terug te brengen. Hyabusa2 landde op 21 september twee mini-robots op de asteroïde Ryugu.

"Het leuke is dat dit een toetsbare hypothese is, omdat de Japanners een missie ontwikkelen genaamd MMX die naar Phobos gaat, verzamel een monster en breng het terug naar de aarde om te analyseren, ' zei Glotch.