Tajemnicze pochodzenie księżyców Marsa

Dwa małe księżyce Marsa, Fobos (około 22 km średnicy) i Deimos (około 13 km średnicy), od dziesięcioleci fascynują naukowców, a ich pochodzenie pozostaje przedmiotem debaty. Niektórzy naukowcy sugerują, że mogą one składać się z odłamków powstałych w wyniku uderzenia planety lub dużej asteroidy w powierzchnię Marsa. Jednak przeciwna hipoteza sugeruje, że księżyce są asteroidami, które zostały przechwycone przez przyciąganie grawitacyjne Marsa i zostały uwięzione na jego orbicie.

Aby rozwiązać tę zagadkę, potrzebna jest próbka materiału z powierzchni księżyców do analizy analitycznej na Ziemi. Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa) wystrzeli misję o nazwie Martian Moon eXploration (MMX) na Fobosa i Deimosa we wrześniu 2024 roku. Misja zostanie przeprowadzona z użyciem nowo zaprojektowanej rakiety H-3.

Inżynierowie przewidują, że statek kosmiczny osiągnie orbitę marsjańską w 2025 roku, po czym będzie krążył wokół Fobosa i ostatecznie zbierze materiał z jego powierzchni przed powrotem na Ziemię do 2029 roku.

Będzie to kolejna z serii misji w czasie, których materiał z kosmosu został pozyskany i przetransportowany z powrotem na Ziemię, po udanej misji Jax do asteroidy Ryugu (Hayabusa2), a także misji Osiris-Rex Nasa do asteroidy Bennu i misji Chang’e 5 Chińskiej Agencji Kosmicznej do Księżyca.

Jeśli hipoteza zderzenia jest prawdziwa, Fobos powinien być zbudowany z materiałów podobnych do tych znalezionych na Marsie. Chociaż badacze nie posiadają żadnego materiału pozyskanego bezpośrednio z Marsa, ale za to mają w swoich zasobach skały, które zostały wyrzucone z jego powierzchni i ostatecznie dotarły na Ziemię.

Meteoryty te mogą być zatem podobne do materiału pochodzącego z Fobosa, będą mogli je zatem porównać.

Jednak w przypadku pochodzenia z przechwyconej asteroidy, bardziej prawdopodobne jest, że na Fobosie znajdziemy materiał, który znajduje się na innych asteroidach w naszym Układzie Słonecznym. Astronomowie opowiadający się za hipotezą przechwyceni sugerują, że księżyce składają się z tej samej skały co meteoryty, zwane chondrytami węglistymi.  Badacze posiadają mnóstwo takich meteorytów i próbek, które moglibyśmy porównać z materiałem z Fobosa.

Porównanie meteorytów i materiału przywiezionego z Fobosa będzie narzędziem, które pomoże zrozumieć pochodzenie obu księżyców. Gdy już będziemy mieli materiał w laboratorium, do próbek będzie można zastosować rygorystyczne techniki analityczne.

Jedną z takich technik jest analiza izotopów tlenu. Są wersje pierwiastków, których jądra mają więcej lub mniej cząstek zwanych neutronami. Na przykład tlen ma trzy stabilne izotopy o masach atomowych 16, 17 i 18.

Suma stosunków izotopowych tlenu-17/tlenu-16 i tlenu-18/tlenu-16 jest oznaczana jako Δ17O i jest charakterystyczna dla określonych obiektów macierzystych. W zależności od tego, gdzie w Układzie Słonecznym uformowało się ciało skaliste, inny skład tlenu jest pozyskiwany i zatrzymywany w skałach. Na przykład, skały z Ziemi mają Δ17O około 0, podczas gdy meteoryty z Marsa mają Δ17O około ~ 0,3. Dlatego skały z Ziemi i marsjańskie meteoryty można łatwo oddzielić.

Jeśli Fobos uformował się w tej samej lub przynajmniej podobnej lokalizacji w Układzie Słonecznym co Mars, spodziewalibyśmy się, że skład materiału przywiezionego przez MMX również będzie miał Δ17O około 0,3.

Badacze wskazujący na hipotezę przechwycenia, sugerują węglowe pochodzenie chondrytów dla Fobosa. Wszystkie znane chondryty węglowe badane przez naukowców wykazały ujemny izotop Δ17O, w zakresie od -0,5 aż do -4. Tlen może być zatem niezwykle przydatnym narzędziem w rozszyfrowaniu pochodzenia księżyców Marsa i jego badanie powinno być wysokim priorytetem dla misji po powrocie materiału na Ziemię.

Jeśli Fobos jednak składa się fragmentów Marsa, może zawierać najbardziej prymitywny materiał marsjański. Czerwona Planeta doświadczyła szerokiego zakresu procesów, które zmieniły skały na jego powierzchni, w tym erozji wietrznej i zmian wodnych. W oparciu o cechy takie jak suche koryta rzek obserwowane przez orbitery takie jak Viking, jasne jest, że woda istniała kiedyś na Marsie.

Woda ta prawdopodobnie pochodziła z mieszanki asteroid i komet oraz aktywności wulkanicznej. Mars zachował również gęstą atmosferę, co pozwoliło na jej obecność w postaci ciekłej na powierzchni planety.

Z drugiej strony Phobos pozostał ciałem pozbawionym powietrza, bez procesów takich jak zanieczyszczenie wodą (chociaż mogły wystąpić niewielkie zdarzenia uderzeniowe). Oznacza to, że próbki zwrócone z Fobosa mogą dostarczyć niezwykle ważnych informacji na temat pierwotnej zawartości wody na Marsie i okna na procesy zachodzące we wczesnym Układzie Słonecznym.

Emil Gołoś