Марсианский спутник Фобос, ближайший к планете, уже много лет остаётся загадкой для учёных. Главный вопрос — как он появился. Часть исследователей считает, что это захваченный Марсом астероид, другие уверены, что луна сформировалась из обломков, выброшенных на орбиту после столкновения крупного тела с планетой. Чтобы разобраться, специалистам не хватает данных о внутреннем строении Фобоса.
Учёные пытаются сузить круг версий, изучая тонкие особенности спутника — его гравитацию и движение. На недавней генеральной ассамблее Европейского союза наук о Земле в Вене исследователи представили работу, в которой смоделировали эти геофизические параметры применительно к одной из самых заметных деталей рельефа Фобоса — кратеру Стикни. Огромный кратер играет центральную роль в спорах о прошлом спутника. Если Фобос возник из обломков после мощного удара по Марсу, то столкновение, породившее кратер диаметром 9 км, могло произойти примерно 4,2 млрд лет назад. Если же луна была захваченным астероидом, удар Стикни случился значительно позже — около 2,6 млрд лет назад.
Согласно современным оценкам, недра Фобоса пористые и могут содержать водяной лёд, отмечают Бенджамин Хазер и соавтор Томас Андерт в статье 2026 года в журнале The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Перспективный способ проверить эти версии — детальная карта гравитации Фобоса. Особый интерес для исследователей представляет вопрос, не образовал ли удар Стикни под кратером область с более плотным веществом. Событие Стикни — один из важнейших эпизодов в истории Фобоса, и его изучение может помочь определить происхождение луны, заявил Хазер, докторант по планетологии из Университета бундесвера в Мюнхене, в беседе в Вене.
Фобос невелик и имеет причудливую форму, но Хазер призывает не воспринимать его просто как «камень на орбите». Средний диаметр луны — всего 22,2 км, а вокруг Марса она обращается за 7 часов 39 минут. У учёных есть два основных объяснения её происхождения. По одному сценарию, крупное тело врезалось в Марс и выбросило вещество на орбиту; этот материал со временем образовал диск вокруг планеты, а затем — два спутника, Фобос и Деймос, пишут Хазер и Андерт в своей статье. Альтернативная версия гласит, что луны изначально были астероидами и позже были захвачены гравитацией Марса. В пользу этого, по мнению исследователей, говорят спектральные свойства спутников и модели захвата астероидов. Поэтому понимание гравитационного поля Фобоса — ключевой шаг к тому, чтобы узнать распределение массы внутри луны и, следовательно, определить, как она сформировалась. В своей работе к EGU 26 Хазер отметил, что текущие оценки указывают на пористое строение недр, возможный водяной лёд и более плотную концентрацию вещества в районе экватора Фобоса.
Кратер Стикни ставит ещё один трудный вопрос. Удар, способный оставить столь огромный след, по идее, должен был разрушить такую маленькую луну, как Фобос. Хазер считает, что выживание было возможно, если спутник обладал необычно низкой и относительно однородной плотностью, что позволило ему поглотить удар наподобие губки. «Можно было бы предположить, что такой удар раздробил бы Фобос, если только он не имеет очень низкой однородной плотности, как губка, способная поглотить подобное воздействие», — говорит Хазер. Столкновение также породило бы сильный жар в районе удара. «И в этой зоне удара должна быть очень высокая температура, которая расплавила и сжала камень под ней», — отмечает он. Такое сжатие могло оставить под кратером Стикни более плотную область, создающую слабый гравитационный сигнал, который учёные, возможно, смогут зафиксировать.
По словам Хазера, ряд характеристик Фобоса хорошо согласуется с версией о захваченном астероиде. В частности, неправильная форма луны напоминает так называемый астероид-«кучу щебня» — объект, состоящий из множества обломков породы, которые удерживаются вместе сравнительно слабой гравитацией. Однако свести все данные в одно объяснение по-прежнему трудно. Современное гравитационное поле Фобоса, его форма, плотность, спектральные свойства и меняющаяся орбита должны быть согласованы в рамках единой геофизической модели. Сильно неправильная форма и крайняя близость к Марсу особенно затрудняют интерпретацию гравитации и внутреннего строения спутника. «В статье мы исследуем, как сжатая масса под кратером Стикни влияет на гравитационный сигнал крошечной луны, моменты инерции и амплитуду либрации (по сути, то, как Фобос колеблется и совершает колебания)», — говорит Хазер. Эти мельчайшие изменения в движении Фобоса в конечном счёте могут раскрыть, как распределено вещество внутри луны.
Фобос необычен не только своим загадочным прошлым, но и тем, что происходит с ним сегодня. Его орбита проходит очень близко к Марсу, и луна постепенно приближается к планете. В конце концов она, как ожидается, либо распадётся, либо столкнётся с Марсом. «Орбита Фобоса динамически очень особенная: она проходит очень близко к Марсу, медленно закручивается внутрь и в итоге будет нарушена или приведёт к падению на Марс», — говорит Хазер. Это делает Фобос одновременно и хранилищем свидетельств событий миллиардолетней давности, и луной, которая продолжает меняться. «Это значит, что Фобос — не только запись прошлого, но и активно эволюционирующая геофизическая система», — отмечает он. Вскоре у учёных может появиться лучшая возможность изучить Фобос напрямую. Японская миссия Martian Moons Exploration (MMX), запуск которой намечен на конец 2026 года, предназначена для изучения Фобоса и возврата образцов его поверхности на Землю. Аппарат попытается выйти на квазистабильную орбиту вокруг крошечной луны — необычайно сложный манёвр, поскольку Фобос не обеспечивает стабильной орбитальной среды, характерной для более крупных миров. Как подчёркивает Хазер, стабильной орбиты вокруг Фобоса в действительности не существует. Часть сложности создаёт сам Марс: собственное гравитационное поле Фобоса крайне слабо по сравнению с гораздо более сильным притяжением планеты рядом. «Гравитационное поле Фобоса сильно перекрывается гравитационным полем Марса», — говорит Хазер. Несмотря на эти трудности, аппарат MMX, как ожидается, задействует две системы для сбора материала с Фобоса. Один пробоотборник соберёт вещество с глубины до 2 см. Вторая система — пневматический пробоотборник, предоставляемый NASA, — будет подавать сжатый газ на поверхность, чтобы «поднять материал в контейнер для образцов», по данным Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). Собранные образцы, как ожидается, вернутся на Землю к середине 2031 года в капсуле, рассчитанной на прохождение через атмосферу Земли.
А что же сам Хазер считает самым загадочным в Фобосе? Главный вопрос не сводится к тому, из каких материалов состоит луна. Учёным также нужно определить, какое внутреннее строение могло бы разом объяснить все её необычные характеристики. Для Хазера ответ на этот вопрос будет необходим, чтобы разграничить конкурирующие объяснения рождения Фобоса — захват астероида, формирование из обломков после мощного удара по Марсу или, возможно, более сложное происхождение, сочетающее элементы нескольких сценариев.