Forskare från Southwest Research Institute antyder en våldsam födelse av de små marsmånarna Phobos och Deimos, men i en mycket mindre skala än den jättepåverkan trodde ha resulterat i Earth-Moon-systemet. Deras arbete visar att en sammanstötning mellan proto-Mars och ett objekt i storleken av en dvärgplanet troligen orsakade de två månarna, som beskrivs i en tidning som publicerades idag i Vetenskapliga framsteg .

Ursprunget till den röda planetens små månar har diskuterats i årtionden. Frågan är om kropparna var asteroider som fångats intakta av Mars gravitation eller om de små satelliterna bildades från en ekvatorisk skiva av skräp, som är mest förenligt med deras nästan cirkulära och medplana banor. Produktionen av en skiva genom en påverkan med Mars verkade lovande, men tidigare modeller av denna process begränsades av låg numerisk upplösning och alltför förenklade modelleringstekniker.

"Vår är den första självkonsistenta modellen som identifierar vilken typ av påverkan som behövs för att leda till bildandet av Mars två små månar, " sa huvudförfattaren Dr Robin Canup, en biträdande vicepresident i SwRI Space Science and Engineering Division. Canup är en av de ledande forskarna som använder storskaliga hydrodynamiska simuleringar för att modellera kollisioner i planetskala, inklusive den rådande modellen för jord-månebildning.

"Ett nyckelresultat av det nya arbetet är slagkroppens storlek; vi finner att det behövs en stor slagkropp - ungefär lika stor som de största asteroiderna Vesta och Ceres - snarare än en gigantisk påverkan, ", sa Canup. "Modellen förutspår också att de två månarna härstammar främst från material som har sitt ursprung i Mars, så deras bulksammansättningar bör vara liknande Mars för de flesta grundämnen. Dock, uppvärmning av ejecta och den låga flykthastigheten från Mars tyder på att vattenånga skulle ha gått förlorad, vilket antyder att månarna kommer att vara torra om de bildades genom stötar."

Den nya Mars-modellen åberopar en mycket mindre impactor än vad som tidigare ansetts. Vår måne kan ha bildats när ett föremål i storleken Mars kraschade in i den begynnande jorden för 4,5 miljarder år sedan, och det resulterande skräpet smälte samman i jord-månesystemet. Jordens diameter är cirka 8, 000 mil, medan Mars diameter är drygt 4, 200 mil. Månen är drygt 2, 100 miles i diameter, ungefär en fjärdedel av jordens storlek.

Medan de bildades inom samma tidsram, Deimos och Phobos är mycket små, med diametrar på endast 7,5 miles respektive 14 miles, och kretsar mycket nära Mars. Den föreslagna Phobos-Deimos-bildande slagkroppen skulle ligga mellan storleken på asteroiden Vesta, som har en diameter på 326 miles, och dvärgplaneten Ceres, som är 587 miles bred.

"Vi använde state-of-the-art modeller för att visa att en Vesta-till-Ceres-storstötare kan producera en skiva som överensstämmer med bildandet av Mars små månar, sa tidningens andra författare, Dr Julien Salmon, en SwRI-forskare. "De yttre delarna av skivan ackumuleras i Phobos och Deimos, medan de inre delarna av skivan ackumuleras till större månar som så småningom spiralformar inåt och assimileras till Mars. Större nedslag som förespråkats i tidigare arbeten producerar massiva skivor och mer massiva inre månar som förhindrar överlevnaden av små månar som Phobos och Deimos."

Dessa fynd är viktiga för Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Mars Moons eXploration (MMX) uppdrag, som är planerad att lanseras 2024 och kommer att inkludera ett instrument från NASA. MMX-rymdfarkosten kommer att besöka de två marsmånarna, landa på ytan av Phobos och samla ett ytprov som ska återföras till jorden 2029.

"Ett primärt syfte med MMX-uppdraget är att fastställa ursprunget till Mars månar, och att ha en modell som förutsäger vad månens sammansättning skulle vara om de bildades genom nedslag, är en viktig begränsning för att uppnå det målet, " sa Canup.

"Ursprunget till Phobos och Deimos genom påverkan av en kropp i storleken Vesta-till-Ceres med Mars, " publiceras den 18 april, 2018, frågan om Vetenskapliga framsteg .