การจับภาพ การชนกัน หรือช่องว่าง: ดาวเทียมของดาวอังคารก่อตัวขึ้นอย่างไร

นับตั้งแต่การค้นพบในปี พ.ศ. 2420 ดวงจันทร์ดวงเล็ก ๆ ของดาวอังคารได้ก่อให้เกิดคำถามมากมายในหมู่นักดาราศาสตร์

สิ่งสำคัญคือประวัติความเป็นมาของการก่อตัวของวัตถุที่ผิดปกติดังกล่าว รูปร่างที่ผิดปกติและวงโคจรกังหัน (โฟบอสกำลังเข้าใกล้ดาวอังคารอย่างช้าๆ และดีมอสกำลังเคลื่อนตัวออกห่างจากดาวอังคาร) ก่อให้เกิดสมมติฐานที่น่าเหลือเชื่อที่สุด

ตัวอย่างเช่น นักวิชาการโซเวียต Shklovsky ในตอนท้ายทศวรรษ 1950 แนะนำว่าโฟบอสเป็นวัตถุโลหะกลวงเทียม นักวิทยาศาสตร์ได้รับแจ้งจากวงโคจรวงก้นหอยที่แปลกประหลาดของดาวเทียมและการคำนวณความหนาแน่นของดาวเทียมที่ผิดพลาด สมมติฐานนี้ถูกหักล้างในไม่ช้า แต่คำถามเกี่ยวกับที่มาของดวงจันทร์บนดาวอังคารยังคงเปิดอยู่จนถึงทุกวันนี้

โฟบอส วิดีโอ: ESA/DLR/FU เบอร์ลิน (G. Neukum)

ดวงจันทร์ของดาวอังคารเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ขณะนี้มีสมมติฐานหลักสามข้อสำหรับที่มาของโฟบอสและดีมอส:

• อดีตดาวเคราะห์น้อย;
• ชิ้นส่วนของดาวอังคารเกิดจากการชนกับดาวเคราะห์ดวงใหญ่
• วัตถุทุติยภูมิที่เกิดขึ้นในวงโคจรจากดวงจันทร์ดวงเดียว

ดวงจันทร์ของดาวเคราะห์สีแดงประกอบขึ้นเล็กน้อยส่วนหนึ่งของดวงจันทร์ของโลก เส้นผ่านศูนย์กลางของโฟบอสเพียง 22.7 กม. และดีมอสคือ 12.6 กม. (สำหรับการเปรียบเทียบ เส้นผ่านศูนย์กลางของดาวเทียมโลกคือ 3.5 พันกม.) พวกมันได้รับการแก้ไขโดยกระแสน้ำและเผชิญหน้ากับดาวอังคารในด้านเดียวกันเสมอ แต่การโคจรรอบแรกใน 7 ชั่วโมง 39 นาที ซึ่งเร็วกว่าวันดาวอังคารมาก (24 ชั่วโมง 39 นาที) ซึ่งเป็นเหตุให้กระแสน้ำค่อยๆ เคลื่อนตัวเข้าใกล้พื้นผิวโลกมากขึ้น และรอบที่สองกลับหมุนไป อีกต่อไป (ใน 30 ชั่วโมง 18 นาที) และค่อยๆ ลบออก

เนื่องจากขนาดที่เล็กและรูปร่างไม่ปกติโฟบอสและดีมอสเป็นเหมือนดาวเคราะห์น้อย นอกจากนี้ การวิเคราะห์สเปกตรัมของความส่องสว่างของดาวเทียมของดาวอังคารยังสอดคล้องกับวัตถุที่ "ง่ายที่สุด" ของระบบสุริยะด้วย ตามลักษณะของพวกมัน พวกมันบางส่วนสอดคล้องกับดาวเคราะห์น้อยประเภท C และในระดับที่มากกว่ากับดาวเคราะห์น้อยประเภท D เหล่านี้เป็นดาวเคราะห์น้อยคาร์บอนและดาวเคราะห์น้อยที่พบบ่อยที่สุดที่มีอัลเบโดต่ำ (คุณสมบัติสะท้อนแสงไม่ดี) และเรืองแสงสีแดงตามลำดับ

ไม่น่าแปลกใจเลยที่หนึ่งในสมมติฐานแรกสุดต้นกำเนิดของดาวเทียมของดาวอังคารแสดงให้เห็นว่าครั้งหนึ่งเคยเป็นวัตถุในแถบดาวเคราะห์น้อยหลักที่ถูกขับออกโดยปฏิสัมพันธ์กับดาวเคราะห์น้อยดวงอื่นและถูกจับโดยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์แดง

สมมติฐานนี้มีข้อเสียเพียงข้อเดียว:ดวงจันทร์ทั้งสองมีโคจรเป็นวงกลมเกือบสมบูรณ์ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านระนาบเส้นศูนย์สูตรของดาวอังคาร ในกรณีนี้ แกนของดาวเคราะห์เอียงไปทางระนาบสุริยุปราคาของระบบสุริยะ 25.2° การซิงโครไนซ์ดังกล่าวใช้เวลานาน ซึ่งดาวเทียมอาจไม่มี

โฟบอส ภาพ: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona

ทฤษฎีที่สองบอกว่าดาวอังคารเคยเป็นล้อมรอบด้วยดวงจันทร์หลายดวงขนาดเท่าโฟบอสและดีมอส ซึ่งถูกโคจรขึ้นสู่วงโคจรเมื่อดาวอังคารชนกับดาวเคราะห์ดวงใหญ่ นี่เป็นหนึ่งในวัตถุของระบบสุริยะยุคแรกซึ่งเกิดขึ้นจากการชนกันของอนุภาคเกาะของดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ เชื่อกันว่าเกิดจากการชนของโลกกับวัตถุคล้ายคลึงกันที่ดวงจันทร์ได้ก่อตัวขึ้น

จากการชนกันของวงโคจรดาวอังคารสร้างวงแหวนของวัสดุที่ปล่อยออกมา ในเวลาเดียวกัน ส่วนด้านในของวงแหวนก็ก่อตัวเป็นดาวเทียมขนาดใหญ่ และอันตรกิริยาแรงโน้มถ่วงระหว่างมันกับวงแหวนรอบนอกทำให้เกิดโฟบอสและดีมอส ตามสมมติฐานนี้ ภายหลังภายใต้อิทธิพลของแรงน้ำขึ้นน้ำลง ดวงจันทร์ชั้นในได้ชนเข้ากับพื้นผิวของดาวเคราะห์

สมมติฐานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยสมมุติฐานความพรุนสูงและองค์ประกอบของโฟบอส ความหนาแน่นโดยประมาณของดาวเทียมดวงนี้บ่งชี้ว่าจาก 25 ถึง 35% ของปริมาตรทั้งหมดเป็นช่องว่าง ซึ่งไม่เป็นเรื่องปกติของดาวเคราะห์น้อย นอกจากนี้ จากผลการศึกษาในช่วงอินฟราเรดเทอร์มอล นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าองค์ประกอบของมันประกอบด้วยไฟลโลซิลิเกตเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งพบได้ทั่วไปบนพื้นผิวดาวอังคาร แต่หาได้ยากสำหรับกลุ่มดาวเคราะห์น้อยที่รู้จัก

ดีมอส. ภาพ: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona

ต้นกำเนิดไม่ต่อเนื่อง

ในปี 2564 นักวิทยาศาสตร์จากโรงเรียนเทคนิคอุดมศึกษาซูริกและหอดูดาวกองทัพเรือสหรัฐฯ เสนอสมมติฐานใหม่เกี่ยวกับการกำเนิดของดาวเทียมของดาวอังคาร การวิเคราะห์ข้อมูลแผ่นดินไหวและการโคจรจากภารกิจ InSight ของ NASA นักวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์ได้แนะนำว่าดาวเทียมของดาวอังคารอาจเกิดขึ้นจากการชนกันของดวงจันทร์โบราณของดาวเคราะห์แดงกับวัตถุอื่น ด้วยเหตุนี้ ดาวเทียมหลักจึงแยกตัวและก่อตัวขึ้นใหม่ - โฟบอสและดีมอส

ตามสมมติฐานนี้ ดาวเทียมต้นกำเนิดนี้ถูกฉีกออกจาก 1 ถึง 2.8 พันล้านปีก่อน นอกจากอิทธิพลจากภายนอกแล้ว ยังพิจารณาสมมติฐานที่ว่าดาวเทียมเก่าถูกแรงไทดัลของดาวเคราะห์ถูกฉีกออกจากกันด้วย โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุตามการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์อันเป็นผลมาจากการทำลายโปรโตแซทเทลไลท์ในวงโคจรทำให้เกิดวงแหวนของเศษซากซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปอันเป็นผลมาจากการชนกันหลายครั้งทำให้เกิดดาวเทียมสองดวงแยกกัน

แนวคิดนี้มีพื้นฐานจากการสังเกตว่าในในอดีต วงโคจรของ Deimos และ Phobos อาจตัดกัน ในเวลาเดียวกัน ซึ่งแตกต่างจากทฤษฎีที่อิงจากการชนกันของดาวอังคารกับดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง ซึ่งอธิบายวงโคจรปัจจุบันของดาวเทียมทั้งสองได้ดี

ภาพประกอบศิลปะของการกำเนิดที่ไม่ต่อเนื่องของดวงจันทร์ของดาวอังคาร ภาพ: Mark Garlick, ETH Zurich

การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นอะไร?

เพื่อทดสอบสมมติฐานที่เสนอโดยนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยอวกาศและอวกาศแห่งประเทศญี่ปุ่น (ISAS) ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ตามทฤษฎีที่ว่าโฟบอสและดีมอสเคยเป็นร่างเดียว จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์ได้ทำการจำลองเชิงตัวเลขที่รวมแบบจำลองทางธรณีฟิสิกส์และวิวัฒนาการของกระแสน้ำของระบบจากดาวอังคารและดวงจันทร์

จากการศึกษาพบว่าดวงจันทร์สองดวงเกิดขึ้นจากวัตถุชิ้นเดียว มีโอกาส 90% ที่จะชนกันภายใน 10,000 ปี ยิ่งไปกว่านั้น ในกระบวนการของการชนกันดังกล่าว ดาวเทียมทั้งสองจะถูกทำลายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ด้วยเหตุนี้ วงแหวนที่คล้ายกับที่เห็นรอบดาวเสาร์จึงก่อตัวขึ้นรอบๆ ดาวอังคาร อย่างไรก็ตาม มันจะอยู่รอดมาจนถึงทุกวันนี้

อย่างไรก็ตาม ไม่พบข้อสังเกตมากมายเกี่ยวกับโคจรของดาวอังคาร ไม่มีเศษซากที่สำคัญอื่นใดนอกจากดาวเทียมหลักสองดวง โมเดลนี้ตั้งคำถามถึงสมมติฐานของการกำเนิดดาวเทียมของดาวเคราะห์แดงอย่างไม่ต่อเนื่อง

แต่ละสมมติฐานทั้งสามที่เสนอนักวิจัยในช่วงเวลาต่าง ๆ ให้คำตอบบางส่วนสำหรับคำถามเกี่ยวกับกระบวนการที่ก่อตัวเป็นดาวเทียมในวงโคจรของดาวอังคาร แต่ไม่มีใครอธิบายการสังเกตทั้งหมดได้อย่างเต็มที่ บางทีนักวิทยาศาสตร์อาจเข้าใจที่มาของดวงจันทร์ที่ผิดปกติสองดวงมากขึ้นหากพวกเขาสามารถศึกษาดวงจันทร์ได้ แต่จนถึงตอนนี้ ภารกิจสู่โฟบอสกำลังล้มเหลวทีละอย่าง

ย้อนกลับไปในปี 1988 สหภาพโซเวียตเปิดตัวสองดาวเทียมของโปรแกรมโฟบอส แต่เนื่องจากปัญหา ไม่มีใครสามารถกระโดดลงจอดบนดวงจันทร์ของดาวอังคารตามแผนได้ ต่อมาในปี 2011 โพรบ Russian Phobos-Grunt ถูกไฟไหม้ในชั้นบรรยากาศเนื่องจากอุปกรณ์ขัดข้องหลังจากเข้าสู่วงโคจรโลก ในเวลาเดียวกัน ภารกิจที่พัฒนาขึ้นของ NASA หน่วยงานด้านอวกาศของยุโรปและแคนาดาไปยังดาวเทียมของดาวอังคารก็ถูกปฏิเสธ

ในช่วงกลางปี ​​2020 องค์การอวกาศญี่ปุ่นมีแผนจะส่งภารกิจไปยังโฟบอสซึ่งจะต้องส่งดินจากดาวเทียม หากไม่ประสบกับความพ่ายแพ้แบบเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์อาจยังคงเรียนรู้ว่าดวงจันทร์บนดาวอังคารก่อตัวอย่างไร

อ่านเพิ่มเติม:

รัสเซียได้คิดค้นโลหะผสมที่สามารถทนต่อพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสได้

การอพยพครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของโลกจะส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก

ผู้ป่วยมะเร็งเกือบครึ่งเชื่อมโยงกับปัจจัยเสี่ยงที่ป้องกันได้