Mars två månar, Phobos och Deimos, har förbryllat forskare sedan deras upptäckt 1877. De är mycket små:Phobos diameter på 22 kilometer är 160 gånger mindre än vår månes, och Deimos är ännu mindre, med en diameter på endast 12 kilometer. "Vår måne är i huvudsak sfärisk, medan månarna på Mars är mycket oregelbundet formade - som potatis, " säger Amirhossein Bagheri, en doktorand vid Institute of Geophysics vid ETH Zürich, tillägger:"Phobos och Deimos ser mer ut som asteroider än naturliga månar."

Detta fick människor att misstänka att de faktiskt kan vara asteroider som fångades i Mars gravitationsfält. "Men det var där problemen började, " säger Bagheri. Fångade föremål skulle förväntas följa en excentrisk bana runt planeten, och den omloppsbanan skulle ha en slumpmässig lutning. I motsats till denna hypotes, Marsmånarnas banor är nästan cirkulära och rör sig i Mars ekvatorialplan. Så, vad är förklaringen till Phobos och Deimos nuvarande banor? För att lösa detta dynamiska problem, forskarna förlitade sig på datorsimuleringar.

Beräknar det förflutna

"Tanken var att spåra banorna och deras förändringar tillbaka till det förflutna, säger Amir Khan, en senior forskare vid fysikinstitutet vid universitetet i Zürich och institutet för geofysik vid ETH Zürich. Som det blev, Phobos och Deimos banor verkade ha korsat i det förflutna. "Detta betyder att månarna mycket troligt var på samma plats och därför har samma ursprung, " säger Khan. Forskarna drog slutsatsen att en större himlakropp kretsade kring Mars då. Den här ursprungliga månen träffades förmodligen av en annan kropp och sönderföll som ett resultat. "Phobos och Deimos är resterna av denna förlorade måne, säger Bagheri, som är huvudförfattare till studien som nu publicerats i tidskriften Natur astronomi .

Även om det är lätt att följa, dessa slutsatser krävde ett omfattande förarbete. Först, forskarna var tvungna att förfina den befintliga teorin som beskriver samspelet mellan månarna och Mars. "Alla himlakroppar utövar tidvattenkrafter på varandra, Khan förklarar. Dessa krafter leder till en form av energiomvandling som kallas förlust, vars skala beror på kropparnas storlek, deras inre sammansättning och inte minst avstånden mellan dem.

Insikter i Mars inre och dess månar

Mars utforskas för närvarande av NASA:s InSight-uppdrag, med ETH Zürichs inblandning:elektroniken för uppdragets seismometer, som registrerar marsbävningar och möjligen meteoritnedslag, byggdes på ETH. "De här inspelningarna låter oss titta inuti den röda planeten, "Khan säger, "och dessa data används för att begränsa Mars-modellen i våra beräkningar och försvinnandet som sker inuti den röda planeten."

Bilder och mätningar av andra Mars-sonder har antytt att Phobos och Deimos är gjorda av mycket poröst material. Med mindre än 2 gram per kubikcentimeter, deras densitet är mycket lägre än jordens genomsnittliga densitet, vilket är 5,5 gram per kubikcentimeter. "Det finns många hålrum inuti Phobos, som kan innehålla vattenis, "Khan misstänker, "och det är där tidvattnet gör att mycket energi försvinner."

Genom att använda dessa fynd och deras förfinade teori om tidvatteneffekterna, forskarna körde hundratals datorsimuleringar för att spåra månarnas banor bakåt i tiden tills de nådde korsningen – i samma ögonblick som Phobos och Deimos föddes. Beroende på simuleringen, denna tidpunkt ligger mellan 1 och 2,7 miljarder år i det förflutna. "Den exakta tiden beror på de fysiska egenskaperna hos Phobos och Deimos, det är, hur porösa de är", säger Bagheri. En japansk sond som är planerad att lanseras 2025 kommer att utforska Phobos och returnera prover till jorden. Forskarna förväntar sig att dessa prover kommer att ge de nödvändiga detaljerna om månarnas inre som kommer att möjliggöra mer exakta beräkningar av deras ursprung.

Slutet på Phobos

En annan sak som deras beräkningar visar är att den gemensamma förfadern till Phobos och Deimos var längre bort från Mars än vad Phobos är idag. Medan den mindre Deimos har stannat i närheten av där den kom till, tidvattenkrafter får de större Phobos att närma sig Mars – och denna process pågår, som forskarna förklarar. Deras datorsimuleringar visar också den framtida utvecklingen av månarnas banor. Det verkar som att Deimos kommer att flytta från Mars mycket långsamt, precis som vår måne sakta drar sig tillbaka från jorden. Phobos, dock, kommer att krascha in i Mars om mindre än 40 miljoner år eller slitas isär av gravitationskrafterna när den närmar sig Mars.