Marsmanen hebben een gemeenschappelijke voorouder

Phobos en Deimos zijn de overblijfselen van een grotere Marsmaan die tussen 1 en 2,7 miljard jaar geleden werd verstoord, zeggen onderzoekers van het Institute of Geophysics aan de ETH Zürich (*) en het Physics Institute aan de Universiteit van Zürich. Ze kwamen tot deze conclusie met behulp van computersimulaties en seismische opnames van de InSight Mars-missie.

De twee manen van Mars, Phobos en Deimos, hebben onderzoekers sinds hun ontdekking in 1877 in verwarring gebracht. Ze zijn erg klein: de diameter van Phobos van 22 kilometer is 160 keer kleiner dan die van onze maan, en Deimos is zelfs nog kleiner, met een diameter van slechts 12 kilometer. . "Onze maan is in wezen bolvormig, terwijl de manen van Mars zeer onregelmatig van vorm zijn - zoals aardappelen", zegt Amirhossein Bagheri, een doctoraatsstudent aan het Institute of Geophysics aan de ETH Zürich, en voegt eraan toe: "Phobos en Deimos lijken meer op asteroïden dan op natuurlijke manen. . "

Bij de foto: Een afbeelding van Phobos. Bron: NASA / JPL-Caltech / Universiteit van Arizona

Dit leidde ertoe dat mensen dachten dat het in feite asteroïden waren die gevangen zijn geraakt in het zwaartekrachtveld van Mars. "Maar daar begonnen de problemen", zegt Bagheri. Gevangen objecten zouden naar verwachting een excentrische baan rond de planeet volgen, en die baan zou een willekeurige helling hebben.

In tegenstelling tot deze hypothese, zijn de banen van de manen van Mars bijna cirkelvormig en bewegen ze in het equatoriale vlak van Mars. Dus, wat is de verklaring voor de huidige banen van Phobos en Deimos? Om dit dynamische probleem op te lossen, vertrouwden de onderzoekers op computersimulaties.

Het verleden berekenen

"Het idee was om de banen en hun veranderingen terug in het verleden te traceren", zegt Amir Khan, een Senior Scientist aan het Physics Institute van de Universiteit van Zürich en het Institute of Geophysics aan de ETH Zürich. Het bleek dat de banen van Phobos en Deimos elkaar in het verleden hadden gekruist.

"Dit betekent dat de manen zeer waarschijnlijk op dezelfde plaats stonden en daarom dezelfde oorsprong hebben", zegt Khan. De onderzoekers concludeerden dat er toen een groter hemellichaam in een baan om Mars draaide. Deze oorspronkelijke maan is waarschijnlijk door een ander lichaam geraakt en als gevolg daarvan uiteengevallen. "Phobos en Deimos zijn de overblijfselen van deze verloren maan", zegt Bagheri, de hoofdauteur van de studie die nu gepubliceerd is in het tijdschrift Nature Astronomy.

Hoewel deze conclusies gemakkelijk te volgen waren, vereisten ze uitgebreid voorbereidend werk. Ten eerste moesten de onderzoekers de bestaande theorie verfijnen die de interactie tussen de manen en Mars beschrijft. "Alle hemellichamen oefenen getijdenkrachten op elkaar uit", legt Khan uit. Deze krachten leiden tot een vorm van energieconversie die bekend staat als dissipatie, waarvan de omvang afhangt van de grootte van de lichamen, hun inwendige samenstelling en niet in het minst de afstanden ertussen.

Inzicht in het binnenste van Mars en zijn manen

Mars wordt momenteel verkend door NASA's InSight-missie, met de betrokkenheid van ETH Zurich. Zij ontwikkelden de elektronica voor de seismometer van de missie, die Marsbevingen en mogelijk meteorietinslagen registreert. "Met deze opnames kunnen we in de Rode Planeet kijken", zegt Khan, "en deze gegevens worden gebruikt om het Mars-model in onze berekeningen en de dissipatie binnen de Rode Planeet te beperken."

Afbeeldingen en metingen door andere Mars-sondes suggereren dat Phobos en Deimos zijn gemaakt van zeer poreus materiaal. Met minder dan 2 gram per kubieke centimeter is hun dichtheid veel lager dan de gemiddelde dichtheid van de aarde, namelijk 5,5 gram per kubieke centimeter. "Er zijn veel holtes in Phobos, die waterijs kunnen bevatten", vermoedt Khan, "en dat is waar de getijden ervoor zorgen dat veel energie verdwijnt."

Met behulp van deze bevindingen en hun verfijnde theorie over de getijdeneffecten, voerden de onderzoekers honderden computersimulaties uit om de banen van de manen achterwaarts in de tijd te volgen totdat ze de kruising bereikten - het moment waarop Phobos en Deimos werden geboren. Afhankelijk van de simulatie ligt dit tijdstip tussen de 1 en 2,7 miljard jaar in het verleden. "De exacte tijd hangt af van de fysische eigenschappen van Phobos en Deimos, dat wil zeggen, hoe poreus ze zijn", zegt Bagheri.

Een Japanse sonde die gepland staat voor lancering in 2025 zal Phobos verkennen en monsters terugbrengen naar de aarde. De onderzoekers verwachten dat deze monsters de benodigde details over het inwendige van de manen van Mars zullen opleveren, waardoor preciezere berekeningen van hun oorsprong mogelijk zullen zijn.

Het einde van Phobos

Een ander ding dat hun berekeningen laten zien, is dat de gemeenschappelijke voorouder van Phobos en Deimos verder van Mars verwijderd was dan Phobos nu is. Terwijl de kleinere Deimos in de buurt is gebleven van waar hij is ontstaan, zorgen getijdekrachten ervoor dat de grotere Phobos Mars aan het naderen is - en dit proces is aan de gang, zoals de onderzoekers uitleggen.

Hun computersimulaties tonen ook de toekomstige ontwikkeling van de banen van de manen. Het lijkt erop dat Deimos heel langzaam van Mars weg zal bewegen, net zoals onze maan langzaam van de aarde terugtrekt. Phobos zal echter in minder dan 40 miljoen jaar op Mars botsen

Auteur: Jan Vyvey
Bron: ETH Zurich

(*) De Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, afgekort ETH Zürich, is een universiteit in de Zwitserse stad Zürich. Het is een zusteruniversiteit van de Franstalige École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Het ETH is in tegenstelling tot de Universiteit Zürich een federaal instituut, waardoor het onder direct bestuur van de bondsstaat Zwitserland staat.

In totaal studeren aan de ETH 15.000 studenten en promovendi en zijn er ongeveer 550 professoren. Het totaalbudget bedroeg in 2010 ongeveer 1,4 miljard Zwitserse franken. Circa twintig alumni of hoogleraren van de ETH Zürich, waaronder Wilhelm Röntgen, Wolfgang Pauli en Albert Einstein, hebben sinds 1901 een Nobelprijs ontvangen. Ook vele alumni werkzaam op gebieden waar geen Nobelprijs wordt uitgereikt, zoals wiskunde (Niklaus Wirth en Georg Cantor) en architectuur (Hendrik Petrus Berlage) zijn wereldwijd bekend. De universiteit wordt tot de 10 beste ter wereld gerekend.

Bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Eidgenössische_Technische_Hochschule_Zürich