Причудливый спутник Марса, Деймос, сформировался в результате столкновения

Фото из открытых источников

Оба спутника Марса — необычные образования. Они маленькие и неровные, как картошка, и долгое время астрономы считали, что это могли быть захваченные астероиды. Однако сейчас набирает популярность более новое объяснение, согласно которому они могли образоваться в результате столкновения с поверхностью Марса.

Но независимо от своего происхождения, Фобос (26 км в поперечнике) и Деймос (12 км в поперечнике) подвергались столкновениям и ударам, как и другие объекты Солнечной системы.

В марте 2025 года космический аппарат «Гера» Европейского космического агентства (ESA) совершил гравитационный маневр у Марса и воспользовался этой возможностью для наблюдения за Деймосом. «Гера» протестировала свою навигационную систему, зафиксировав особенности поверхности этого бугристого спутника, включая ударные кратеры. Деймос известен своей гладкой, покрытой реголитом поверхностью по сравнению со своим более изрытым кратерами «собратом», Фобосом. Но наблюдения «Геры» выявили древние кратеры, погребенные под пылью.

Один из кратеров Деймоса заслуживает особого внимания. Он расположен на южном полюсе спутника, и новые исследования показывают, что удар, создавший его, также ответственен за покрытую пылью поверхность Деймоса.

Исследование озаглавлено было опубликовано в журнале Nature Astronomy. Ведущий автор — Сабина Радукан из отдела космических исследований и планетологии Бернского университета. Радукан также является сопредседателем рабочей группы по физике столкновений в рамках миссии Hera Европейского космического агентства (ESA).

«Малые планетарные тела хранят в себе следы процессов, сформировавших Солнечную систему, но их поверхности и внутреннее строение часто развиваются неожиданным образом», — пишут исследователи. «Деймос, внешний спутник Марса диаметром 12 км, имеющий форму картофеля, обладает поразительно гладкой поверхностью, покрытой мелким реголитом, в отличие от своего сильно изрытого кратерами и бороздами собрата, Фобоса диаметром 22 км».

Большой кратер на южном полюсе Деймоса доминирует в форме спутника. Его ширина составляет 10 км, тогда как сам Деймос имеет диаметр всего около 12 км. Исследователи задались вопросом, может ли один удар быть причиной как образования кратера, так и поверхностных обломков, которые так эффективно скрывают некоторые другие кратеры. «Мы предполагаем, что один крупномасштабный удар, который вырыл 10-километровую впадину на южном полюсе Деймоса, является причиной образования толстого, глобально распространенного реголита, наблюдаемого сегодня», — пишут они.

Радукан и ее коллеги использовали мощный метод моделирования, называемый кодом гидродинамики сглаженных частиц Берна (SPH), чтобы проверить эту идею. Моделирование с помощью SPH особенно эффективно для таких задач, как большие деформации поверхности и сильные разрушения от крупных ударов.

«Программа работает на высокопроизводительном вычислительном кластере здесь, в Бернском университете, и является одной из немногих программ, способных выполнять моделирование такого типа», — сказала Радукан.

«Наш код моделирования удара методом сглаженных частиц гидродинамики (SPH), работающий на высокопроизводительном вычислительном кластере в Бернском университете, воссоздает интересующие нас тела в виде миллионов слипшихся частиц, взаимодействие которых регулируется различными программируемыми переменными, включая уровни гравитации, прочность материала и сцепление», — заявила Радукан. Она добавила, что это один из немногих кодов, способных запускать моделирование такого типа.

«В данном случае мы создали детальную модель формы Деймоса из частиц SPH, заполнив южную впадину, чтобы подготовить ее к удару ударной волны. Затем мы провели около сотни симуляций — каждая из которых занимала примерно неделю — чтобы поэкспериментировать с различными массами ударной волны и углами подхода», — пояснила Радукан.

В ходе моделирования использовался ударный объект на расстоянии от 300 до 360 м и диапазон углов удара от 0 до 60 градусов. Скорость удара во всех моделированиях была установлена на уровне 8,2 км/с, исходя из предыдущих исследований кратеров Деймоса.

Моделирование показало, что удар пришелся на небольшой астероид шириной всего 320 метров, столкнувшийся с Деймосом под углом примерно 45 градусов. Очевидно, спутник не был разрушен, но удар покрыл его реголитом. В некоторых местах на поверхности слой реголита достигает глубины 200 метров. Этот реголит скрывает многие кратеры на поверхности Деймоса, придавая спутнику гладкий вид.

«Наше моделирование согласуется с наблюдаемыми на поверхности Луны закономерностями изменения яркости, связанными с постепенной миграцией реголита, который ведет себя скорее как рыхлая пыль, чем как что-то более сплошное. То же самое относится и к тому, как южная впадина впоследствии сгладилась, а не сохранила острый кратер», — сказала Радукан.

Определение размеров, скорости и угла ударного воздействия также позволило получить информацию о внутреннем строении Деймоса.

Исследование показывает, что материалы и структура недр Луны больше напоминают груды обломков астероидов, чем твердые, сплошные каменистые тела, подобные Луне Земли. «Низкая поверхностная когезия (≲100 Па), необходимая для обрушения кратера, и высокая пористость, а также низкая прочность на сжатие внутри, необходимая для рассеивания ударной волны, позволяют предположить, что это, по сути, груда обломков, как Диморфос, Рюгу и Бенну», — объясняют исследователи.

Хотя Деймос наблюдали многие космические аппараты, данные, полученные аппаратом «Гера», помогли сделать эти модели точными. Фактически, исследователи имели в виду пролет «Геры» мимо Марса, когда начинали это исследование.

«Мы начали эту кампанию по моделированию еще до пролета «Геры» мимо Марса, но с надеждой, что наблюдения «Геры» помогут еще точнее уточнить результаты. Так и оказалось, поскольку на снимке стороны спутника, полученном «Герой», обнаружились дополнительные скрытые кратеры», — сказала Радукан.

«Это были действительно последние недостающие кусочки головоломки, хотя они и не были сразу очевидны невооруженным глазом. Сначала я обнаружил их с помощью спектроскопических изображений «Геры», полученных сразу после этого сэром Брайаном Мэем, членом научной группы проекта «Гера», — добавила Радукан.

Обнаруженные Герой скрытые кратеры существовали еще до столкновения, в результате которого образовалась впадина на южном полюсе. Их наличие свидетельствует о довольно хрупкой структуре Деймоса. Если бы она была прочнее, ударные волны от удара стерли бы их. Вместо этого пористая и трещиноватая внутренняя структура ослабила ударные волны.

«Таким образом, это моделирование предполагает, что Деймос представляет собой груду обломков, подобную многим астероидам», — заявил научный руководитель проекта Hera Европейского космического агентства (ESA) Майкл Кюпперс. «Это не обязательно означает, что спутник на самом деле является захваченным астероидом — он вполне мог образоваться из материала, выброшенного с Марса в результате ударов о поверхность, — а скорее, что он мог образоваться аналогичным образом и, следовательно, обладает сопоставимыми свойствами. Это первый из серии результатов, демонстрирующих, как настройка пролета аппарата Hera мимо Марса для приближения к Деймосу принесла хорошие научные результаты».

Это исследование подтверждает идею о том, что поверхность Деймоса была сформирована в результате столкновения, но существуют и другие возможные объяснения особенностей спутника. Возможно, нам не придется долго ждать, прежде чем эта и другие идеи будут проверены с помощью дополнительных наблюдений.

«Наконец, хотя нынешний сценарий является одним из нескольких потенциально жизнеспособных объяснений, он содержит несколько проверяемых предсказаний для будущих наблюдений, например, в рамках миссии по исследованию марсианских лун», — пишут авторы.

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) готовится к запуску миссии Martian Moons eXploration (MMX) в ноябре этого года. Главным достижением MMX станет получение образца с Фобоса, но миссия также будет наблюдать за Деймосом. Пока неизвестно, насколько близко аппарат приблизится к Деймосу, поскольку, будучи второстепенной целью, пролёты мимо этого спутника будут зависеть от того, как космическому аппарату придётся маневрировать вокруг Фобоса, его главной цели.

Поскольку MMX не совершит посадку на Деймосе, провести по-настоящему глубокое исследование его недр невозможно. Однако точные измерения поверхности, в частности, с помощью лидара и гамма-лучевого/нейтронного спектрометра, помогут более точно определить его массу и плотность. Эти измерения позволят уточнить состав поверхности, особенно свойства реголита. Изображения высокого разрешения также помогут ученым лучше понять этот спутник.

Вполне возможно, что изложенная здесь гипотеза об ударе не соответствует действительности. Ученые считают, например, что слой реголита образовался в результате непрерывной бомбардировки микрометеоритами на протяжении миллиардов лет. Только более полные и качественные данные могут это подтвердить, и MMX может их предоставить.

«С помощью изображений высокого разрешения и топографического картирования можно оценить, имеет ли южнополярная впадина характерную морфологию кратера, соответствующую крупному косому удару, или же она указывает на альтернативное происхождение», — поясняют авторы.