Maantjes van Mars hebben een gezamenlijke voorouder

Artist impressie van het ontstaan van de manen van Mars
Artist impressie van de botsing tussen een oer-maan van Mars en een asteroïde. Deze botsing zou geleid kunnen hebben tot het ontstaan van Phobos en Deimos. Credit: Mark Garlick / markgarlick.com

Sinds hun ontdekking in 1877 zorgen de twee maantjes van Mars, Phobos en Deimos, voor veel vragen bij astronomen. Ze zijn beiden erg klein: Phobos heeft een diameter van 22 kilometer en Deimos is slechts 12 kilometer in doorsnede. Bovendien zijn beide maantjes niet rond maar lijken het meer op uit de kluiten gewassen aardappelen. De maantjes doen dan ook meer denken aan asteroïden dan aan natuurlijke manen.

Dit leidde tot het vermoeden dat de twee maantjes inderdaad asteroïden zijn die zijn ingevangen door de zwaartekracht van Mars. Maar ook deze theorie leidt tot problemen want ingevangen objecten zouden een excentrische baan moeten volgen en die baan zou dan ook een willekeurige inclinatie hebben. Maar de maantjes van Mars volgen een nagenoeg cirkelvormige baan en ze draaien bovendien rond het equatoriale vlak van Mars. Hoe kunnen dan de huidige banen van Phobos en Deimos worden verklaard? Om dit te onderzoeken maakten de onderzoekers gebruik van  uitgebreide computersimulaties.

Het verleden berekenen

Het idee was om de banen en hun veranderingen in het verleden te volgen. Hieruit werd duidelijk dat de banen van Phobos en Deimos zich in het verleden hebben gekruist. Dit betekent dat de maantjes zich hoogstwaarschijnlijk op dezelfde plek hebben bevonden en dat ze dus een gezamenlijke herkomst moeten hebben. Ze concludeerden hieruit dat er vroeger een groter object rond Mars heeft gedraaid. Dit object is mogelijk door een ander object geraakt en uit elkaar gevallen. Phobos en Deimos zouden dan de restanten van een verloren gegane maan zijn.

Dit klinkt allemaal heel logisch maar het heeft wel veel vooronderzoek vereist. De onderzoekers moesten als eerste de bestaande theorie die de interactie tussen de maantjes en Mars beschrijft verfijnen. Alle objecten oefenen getijdekrachten op elkaar uit en die krachten leiden tot een vorm van energieomzetting die bekend staat als dissipatie. De schaal waarop dat plaatsvindt is afhankelijk van de grootte van het object, de samenstelling van hun binnenste en uiteraard ook de afstand tussen de objecten.

Inzicht in het binnenste van Mars en zijn manen

Momenteel wordt Mars verkend door de InSight-missie van de NASA. De InSight is uitgerust met een seismometer die marsbevingen en mogelijk meteorietinslagen registreert. Met die gegevens kunnen wetenschappers in de rode planeet kijken. Die gegevens worden ook gebruikt om hun model van Mars te verfijnen en de dissipatie die plaatsvindt binnen de planeet te berekenen.

Afbeeldingen en metingen door andere Mars-sondes hebben al gesuggereerd 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 bevinden zich veel holtes in Phobos die waterijs kunnen bevatten en dat is waar de getijden ervoor zorgen dat veel energie verdwijnt.

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

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 de berekeningen laten zien is dat de gezamenlijke voorouder van Phobos en Deimos zich veel verder weg bevond van Mars dan Phobos nu is. Terwijl de kleinere Deimos in de buurt bleef van waar het maantje is ontstaan werd de grotere Phobos gegrepen door de aantrekkingskracht van Mars en kwam steeds dichterbij de rode planeet. Dit proces vindt nog steeds plaats. Hun computersimulaties laten ook de toekomst van de banen van de maantjes zien. Hieruit is af te leiden dat Deimos zich langzaam van Mars verwijderd net zoals onze Maan dat doet. Phobos zal echter binnen 40 miljoen jaar of op Mars crashen of door getijdekrachten uit elkaar worden getrokken als de afstand tot Mars te klein is geworden.

Artikel: Amirhossein Bagheri et al. Dynamical evidence for Phobos and Deimos as remnants of a disrupted common progenitor, Nature Astronomy (2021).

Eerste publicatie: 1 maart 2021
Bron: pys.org en anderen