Marsmånen Phobos kretsar genom en ström av laddade atomer och molekyler som flyter från den röda planetens atmosfär, visar ny forskning.

Många av dessa laddade partiklar, eller joner, av syre, kol, kväve, och argon, har flytt från Mars i miljarder år när planeten har tappat sin atmosfär. Vissa joner, forskare förutspår, har slagit in i ytan på Phobos och kunde bevaras i dess översta lager, enligt en artikel publicerad den 1 februari i tidskriften Naturgeovetenskap .

Detta betyder att om jord från Phobos analyserades i laboratorier på jorden, det kan avslöja nyckelinformation om utvecklingen av Mars atmosfär, säger forskare. Mars hade en gång en atmosfär tjock nog att stödja flytande vatten på sin yta; i dag, den är mindre än 1 % så tät som jordens.

"Vi visste att Mars förlorade sin atmosfär till rymden, och nu vet vi att en del av det hamnade på Phobos, sa Quentin Nénon, en forskare vid Space Sciences Laboratory vid University of California, Berkeley, och studiens huvudförfattare.

Phobos är en av två månar på Mars (den andra kallas Deimos). Den kretsar intimt nära den röda planeten, ungefär 60 gånger närmare än månen kretsar runt jorden, mätt från ungefär yta till yta. Vanskapt, pockad av kratrar, och 100 gånger mindre i diameter än jordens måne, Phobos är källan till stor kontrovers bland forskare. Mysteriet är varifrån Phobos och Deimos kom? Är det asteroider som fångades av Mars gravitation, eller naturliga satelliter på Mars som skapades av samma moln som skapade planeten? Det är också möjligt att de bildades från skräpet som spydde ut när Mars kolliderade med något, liknande hur vår måne tros ha bildats efter att jorden kolliderade med ett stenigt föremål.

För att hjälpa till att lösa debatten, Japan Aerospace Exploration Agency förbereder sig för att skicka Martian moons Exploration (MMX)-sonden till Phobos 2024 för att samla in de första proverna från dess yta och leverera dem till jorden. Men de där proverna, Nénon noterade, skulle kunna avslöja mycket mer än Phobos ursprung om MMX skulle landa på månens närmaste sida, eller sidan som alltid är vänd mot Mars.

Phobos är tidvattenlåst till Mars, som jordens måne är låst till jorden, visar därför alltid planeten bara en sida. Som ett resultat, klipporna på den närmaste sidan av Phobos har badats i årtusenden i atomer och molekyler från mars. Nénons forskning visar att det översta ytskiktet på Phobos närmaste sida har utsatts för 20 till 100 gånger mer egensinniga martianjoner än dess bortre sida.

"Med ett prov från närsidan, "Nénon sa, "vi kunde se ett arkiv av Mars förflutna atmosfär i de grunda lager av spannmål, medan vi djupare inne i kornet kunde se den primitiva sammansättningen av Phobos."

Nénons team analyserade data från NASA:s Mars Atmosphere och Volatile EvoluioN, eller MAVEN, rymdfarkoster för att nå denna slutsats. MAVEN har samlat in data från Mars omloppsbana i mer än sex år för att hjälpa forskare att ta reda på hur Mars förlorade sin atmosfär och för att ge andra viktiga vetenskapliga insikter om utvecklingen av planetens klimat. Sedan rymdfarkosten korsade Phobos omloppsbana ungefär fem gånger varje jorddag när den cirklade runt Mars under sitt primära uppdrag, Nénon och hans kollegor tänkte att de kunde använda MAVEN-mått för att lära sig något om Phobos, speciellt eftersom det är målet för det kommande MMX-uppdraget.

De förlitade sig på MAVENs instrument för supratermisk och termisk jonkomposition, eller STATISK, att mäta marsjonerna i Phobos bana. STATIC mäter den kinetiska energin och hastigheten för inkommande partiklar. Detta gör det möjligt för forskare att beräkna sin massa. Baserat på de olika jonmassorna som uppmäts, STATIC bestämde vilka partiklar som kom från Mars snarare än från solen. Solen sänder också ut atmosfärsbrytande joner, dock övervägande sådana med mycket lägre massa. Forskare uppskattade sedan hur många joner som skulle kunna ta sig upp till Phobos yta och hur djupt de skulle implanteras (inte mer än flera hundra nanometer, vilket är cirka 250 gånger grundare än bredden på ett människohår).

"Vad Quentin har gjort är att ta undersökningar som vi har gjort på månen och på andra månar i solsystemet och tillämpat samma metoder på Phobos för första gången, sa Andrew Poppe, biträdande forskare vid Space Sciences Laboratory och medförfattare till Phobos-uppsatsen.

Verkligen, Att studera månar för att lära sig mer om deras moderplaneter är vanlig praxis. Jordens måne, till exempel, utan atmosfär, vind, eller vatten för att beröva dess yta från gamla ledtrådar, anses av forskare vara det bäst bevarade arkivet vi har av det tidiga solsystemet.

"Vad vi har sett i Apollo-prover är att månen tålmodigt har registrerat individuella atomer som kommer från solen och från jorden, " sa Poppe. "Det är ett riktigt coolt historiskt rekord."

Forskare hoppas att fler prover från månens yta kommer att informera oss om jordens antika atmosfär eller tidiga magnetfält. Poppe, vars Berkeley-kollegor designade och byggde STATIC-instrumentet, sa att han undrade om Phobos yta skulle kunna avslöja information om tidiga Mars, när planeten verkar ha varit varm och blöt.

Så när han fann sig själv, många år sedan, utan internettjänst på labbet, "Jag var tvungen att prata med mina kollegor över kaffe eftersom vi inte hade något bättre att göra, " sa Poppe. Han frågade dem om Phobos kunde utsättas för marsjoner, som att jordens måne ofta utsätts för partiklar som kommer från jorden. "Ser ni några bevis på detta?" frågade han.

Ingen hade tittat på detta, så Poppe gjorde lite datormodellering som tydde på att han var inne på något. När Nénon började på Space Sciences Laboratory 2019, han erbjöd sig att gå igenom MAVEN-data för att ta reda på om Poppes modell var rätt. Det visar sig att det var det. "Så förhoppningsvis kommer detta fynd att ha en inverkan på MMX-uppdragets vetenskapliga verksamhet, sa Nénon.