Mars satellites have a common ancestor - according to a study by scientists // Οι δορυφόροι του Άρη έχουν έναν κοινό πρόγονο – σύμφωνα με μελέτη επιστημόνων //

Since their discovery in 1877, the two moons of Mars, Phobos and Deimos, have puzzled researchers. They are very small: Phobos is 22 kilometres in diameter and 160 times smaller than our own moon, the Moon, and Deimos is even smaller, with a diameter of just 12 kilometres. "Our moon is essentially spherical, whereas Mars' moons are very irregularly shaped - like potatoes," says Amirhossein Bagheri, a PhD student at the Institute of Geophysics at the Swiss Federal Institute of Technology - ETH (Eidgenössische Technische Hochschule) in Zurich [1], adding, "Phobos and Deimos look more like asteroids than natural satellites. " This image led people to suspect that they might actually be asteroids captured by Mars' gravity field. "But that's how the problem started," says Bagheri. The objects captured would be expected to follow an eccentric orbit (deviating from the circular one) around the planet, and this orbit would have a random inclination. Contrary to this assumption, the orbits of Mars' satellites are almost circular and the motion occurs in the equatorial plane of Mars. So, what is the explanation for the current orbits of the Phobos and Deimos satellites? To solve this dynamic problem, the researchers relied on computer simulations. 

 Calculating the . . Past 

 "The idea was to trace the orbits and their changes back into the past," says Amir Khan, Principal Researcher at the Institute of Physics at the University of Zurich and the Institute of Geophysics at ETH Zurich. As they are tracked, the trajectories of Phobos and Deimos appear to have crossed in the past. "This means that the satellites were most likely in the same position and so have the same origin," says Khan. The researchers concluded that a larger celestial body orbited Mars in the past. This original moon was probably hit by another body, which caused it to break up. "Fear and Deimos is all that's left of this lost moon," says Bagheri, who is the lead author of the study published in the journal Nature Astronomy While they sound easy, these conclusions required extensive preliminary work. First and foremost, the researchers had to improve the existing theory by describing the interaction between the moons and Mars. "All celestial bodies exert tidal forces on each other," explains Khan. These forces led to a form of energy conversion known as dispersion, the scale of which depends on the size of the bodies, their internal composition and, most importantly, the distances between them. 

 Knowledge about the interior of Mars and its moons

Mars is currently being explored by NASA's InSight mission, with the involvement of ETH Zurich: the electronics for the mission's seismometer, which records Mars earthquakes and possible meteorite impacts, were built at ETH. "These recordings allow us to see inside the Red Planet," says Khan, "and this data is used to improve the model of Mars in calculations and the scattering that occurs inside the Red Planet. " Images and measurements from other Mars survey spacecraft have given evidence that Phobos and Deimos are made of very porous materials. Their density of less than 2 grams per cubic centimetre is much lower than the average density of the Earth, which is 5. 5 grams per cubic centimetre. "There are many cavities in Phobos, which may contain water with ice," Khan suspects, "and it's the tides that cause a lot of energy to disperse. " Using these findings and their improved theory of tidal phenomena, the researchers ran hundreds of computer simulations to track the moons' trajectories backwards in time until they reached the junction - the moment when Phobos and Deimos were born. According to the simulation, this point in time is between 1 and 2. 7 billion years in the past. "The exact timing depends on the physical properties of Phobos and Deimos, which indicate how porous they are," Bagheri says. A Japanese research spacecraft scheduled for launch in 2024 will explore Phobos and return samples to Earth. The researchers expect that these samples will provide the necessary details about the interiors of Mars' moons that will allow more precise calculations of their origins.

 The End of Fear

Another thing that the researchers' calculations show is that the common ancestor of Phobos and Deimos was further away from Mars than Phobos is today. While the smaller Deimos has remained close to where it formed, tidal forces are driving the larger Phobos closer to Mars - and this process is ongoing, the researchers explain. Their computer simulations also show the future evolution of the moons' orbits. It seems that Deimos will move away from Mars very slowly, just as our Moon is moving away from Earth very slowly. Phobos, however, will crash into Mars in less than 40 million years or be broken up by gravitational forces as it nears Mars.

GREEK//

 Από την ανακάλυψή τους, το 1877, τα δυο φεγγάρια του πλανήτη Άρη, ο Φόβος και ο Δείμος, έχουν προβληματίσει τους ερευνητές. Είναι πολύ μικροί: η διάμετρος του Φόβου είναι 22 χιλιόμετρα και είναι 160 φορές μικρότερη από αυτή του δικού μας φεγγαριού, της Σελήνης και ο Δείμος είναι ακόμη μικρότερος, με διάμετρο μόλις 12 χιλιόμετρα. «Το φεγγάρι μας είναι ουσιαστικά σφαιρικό, ενώ τα φεγγάρια του Άρη έχουν πολύ ακανόνιστο σχήμα – σαν πατάτες», αναφέρει ο Amirhossein Bagheri, διδακτορικός φοιτητής του Ινστιτούτου Γεωφυσικής στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας – ETH (Eidgenössische Technische Hochschule) στη Ζυρίχη [1], προσθέτοντας: «Οι Φόβος και Δείμος μοιάζουν περισσότερο σαν αστεροειδείς παρά φυσικοί δορυφόροι». 

 Αυτή η εικόνα οδήγησε τους ανθρώπους να υποψιαστούν ότι μπορεί στην πραγματικότητα να είναι αστεροειδείς που συνελήφθησαν από το πεδίο βαρύτητας του Άρη. «Όμως έτσι άρχισε το πρόβλημα», λέει ο Bagheri. Τα αντικείμενα που συλλαμβάνονται θα αναμένονταν να ακολουθήσουν μια έκκεντρη τροχιά (που αποκλίνει από την κυκλική) γύρω από τον πλανήτη και αυτή η τροχιά θα έχει τυχαία κλίση. Σε αντίθεση με αυτή την υπόθεση, οι τροχιές των δορυφόρων του Άρη είναι σχεδόν κυκλικές και η κίνηση συμβαίνει στο ισημερινό επίπεδο του Άρη. Λοιπόν, ποια είναι η εξήγηση για τις σημερινές τροχιές των δορυφόρων Φόβου και Δείμου; Για να επιλύσουν αυτό το δυναμικό πρόβλημα, οι ερευνητές στηρίχθηκαν σε προσομοιώσεις υπολογιστή.

Υπολογίζοντας το …παρελθόν 

 «Η ιδέα ήταν να ιχνηλατηθούν οι τροχιές και οι αλλαγές τους πίσω στο παρελθόν», αναφέρει ο Amir Khan, Κύριος Ερευνητής στο Ινστιτούτο Φυσικής του Πανεπιστημίου της Ζυρίχης και στο Ινστιτούτο Γεωφυσικής του ETH της Ζυρίχης. Καθώς παρακολουθούνται, οι τροχιές των Φόβου και Δείμου εμφανίζονται να έχουν διασταυρωθεί στο παρελθόν. «Αυτό σημαίνει ότι οι δορυφόροι υπήρξαν πολύ πιθανά στην ίδια θέση και έτσι έχουν την ίδια καταγωγή», λέει ο Khan. Οι ερευνητές συμπέραναν ότι ένα μεγαλύτερο ουράνιο σώμα περιφέρονταν γύρω από τον Άρη στο παρελθόν. Αυτό το αρχικό φεγγάρι πιθανώς χτυπήθηκε από ένα άλλο σώμα με αποτέλεσμα να διαλυθεί. «Ο Φόβος και ο Δείμος είναι ότι απέμεινε από αυτό το χαμένο φεγγάρι», λέει ο Bagheri, που είναι ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Astronomy. Ενώ ακούγονται εύκολα, τα συμπεράσματα αυτά απαίτησαν εκτεταμένη προκαταρτική εργασία. Πρώτα-πρώτα, οι ερευνητές είχαν να βελτιώσουν την υπάρχουσα θεωρία περιγράφοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ των φεγγαριών και του Άρη. «Όλα τα ουράνια σώματα ασκούν παλιρροιακές δυνάμεις το ένα στο άλλο», εξηγεί ο Khan. Αυτές οι δυνάμεις οδήγησαν σε μια μορφή ενεργειακής μετατροπής γνωστής ως διασκορπισμός, η κλίμακα του οποίου εξαρτάται από το μέγεθος των σωμάτων, την εσωτερική τους σύνθεση και κυρίως από τις μεταξύ τους αποστάσεις.

Γνώσεις για το εσωτερικό του Άρη και των φεγγαριών του 

 Ο Άρης αυτή την περίοδο εξερευνάται από την αποστολή InSight της NASA, με εμπλοκή του ETH της Ζυρίχης: τα ηλεκτρονικά για το σεισμόμετρο της αποστολής, που καταγράφει τους σεισμούς στον Άρη και τις πιθανές προσκρούσεις μετεωριτών, φτιάχτηκαν στο ETH. «Οι καταγραφές αυτές μας επιτρέπουν να δούμε στο εσωτερικό του Κόκκινου Πλανήτη», λέει ο Khan, «και τα δεδομένα αυτά χρησιμοποιούνται για να βελτιώνουν το μοντέλο του Άρη στους υπολογισμούς και το διασκορπισμό που συμβαίνει στο εσωτερικό του κόκκινου πλανήτη». Εικόνες και μετρήσεις από άλλες διαστημοσυσκευές έρευνας στον Άρη έχουν δώσει ενδείξεις ότι ο Φόβος και ο Δείμος είναι φτιαγμένοι από πολύ πορώδη υλικά. Η λιγότερο από 2 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, πυκνότητά τους είναι πολύ μικρότερη από τη μέση πυκνότητα της Γης, η οποία είναι 5,5 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. «Υπάρχουν πολλές κοιλότητες μέσα στο Φόβο, οι οποίες μπορεί να περιέχουν νερό με πάγο», υποψιάζεται ο Khan, «και είναι οι παλίρροιες που προκαλούν πολύ ενέργεια για διασκορπισμό». Χρησιμοποιώντας τα ευρήματα αυτά και τη βελτιωμένη θεωρία τους στα παλιρροιακά φαινόμενα, οι ερευνητές έτρεξαν εκατοντάδες προσομοιώσεις στον υπολογιστή για να παρακολουθήσουν τις τροχιές των φεγγαριών προς τα πίσω στο χρόνο μέχρι που έφτασαν στην διασταύρωση – τη στιγμή που ο Φόβος και ο Δείμος γεννήθηκαν. Σύμφωνα με την προσομοίωση, αυτό το χρονικό σημείο βρίσκεται ανάμεσα σε 1 και 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν. «Ο ακριβής χρόνος εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες του Φόβου και του Δείμου, που δείχνουν, πόσο πορώδεις είναι», λέει ο Bagheri. Ένα Ιαπωνικό ερευνητικό σκάφος που προγραμματίζεται για εκτόξευση το 2024 θα εξερευνήσει τον Φόβο και θα επιστρέψει δείγματα στη Γη. Οι ερευνητές αναμένουν ότι τα δείγματα αυτά θα παράσχουν τις απαιτούμενες λεπτομέρειες σχετικά με το εσωτερικό των φεγγαριών του Άρη που θα επιτρέψουν πιο ακριβείς υπολογισμούς της προέλευσής τους.

Το τέλος του Φόβου 

 Κάτι άλλο που οι υπολογισμοί των ερευνητών δείχνουν είναι ότι ο κοινός πρόγονος του Φόβου και του Δείμου ήταν πιο μακριά από τον Άρη από ότι είναι ο Φόβος σήμερα. Ενώ ο μικρότερος Δείμος έχει παραμείνει κοντά στην περιοχή όπου διαμορφώθηκε, παλιρροϊκές δυνάμεις οδηγούν το μεγαλύτερο Φόβο να πλησιάζει τον Άρη – και αυτή η διεργασία είναι σε εξέλιξη, όπως εξηγούν οι ερευνητές. Οι προσομοιώσεις τους στον υπολογιστή επίσης δείχνουν τη μελλοντική εξέλιξη των τροχιών των φεγγαριών. Φαίνεται ότι ο Δείμος θα κινηθεί μακριά από τον Άρη πολύ αργά, όπως ακριβώς η δική μας Σελήνη απομακρύνεται αργά από τη Γη. Ο Φόβος, ωστόσο, θα συντριβεί στον Άρη σε λιγότερο από 40 εκατομμύρια χρόνια ή θα διαλυθεί από τις βαρυτικές δυνάμεις όσο κοντεύει τον Άρη.