Eine Illustration der beiden Monde des Roten Planeten, Phobos und Deimos, in der Umlaufbahn um den Mars.(Bildnachweis: NASA)
Computersimulationen deuten darauf hin, dass die rätselhaften Monde des Mars, Phobos und Deimos, aus Trümmern entstanden sein könnten, die bei der gefährlichen Annäherung eines großen Asteroiden an den Roten Planeten entstanden sind.
Dieses neue Modell geht davon aus, dass Phobos und Deimos aus den Trümmern eines größeren Asteroiden entstanden sind, der zu nahe an den Mars herankam und dessen Roche-Grenze überschritt – die Entfernung, bei der die vom Planeten ausgehenden Gravitationskräfte zu groß wurden und den Asteroiden auseinander rissen.
„Es ist aufregend, eine neue Option für die Herstellung von Phobos und Deimos zu erforschen – die einzigen Monde in unserem Sonnensystem, die neben der Erde einen Gesteinsplaneten umkreisen“, sagte Jacob Kegerreis vom Ames Research Center der NASA in einer Erklärung.
Die Monde des Mars sind nicht leicht zu erklären. Beide sind klein – Phobos hat an seiner breitesten Stelle einen Durchmesser von 26 km (16 Meilen), Deimos ist nur 16 km (10 Meilen) groß – und klumpig, was sie wie eingefangene Asteroiden aussehen lässt. Allerdings neigen eingefangene Objekte dazu, längliche, geneigte und manchmal rückläufige Bahnen um ihren neuen Mutterplaneten zu ziehen – der Neptunmond Triton oder der Saturnmond Phoebe sind gute Beispiele dafür. Phobos und Deimos haben jedoch kreisförmige Bahnen, die mit der Äquatorebene des Mars ausgerichtet sind, was wahrscheinlicher ist, wenn sie in einer Umlaufbahn um den Mars entstanden sind.
Eine andere Hypothese besagt, dass sich Phobos und Deimos ganz ähnlich wie der Erdmond gebildet haben – dass ein Einschlag auf der Marsoberfläche Trümmer in die Umlaufbahn schleuderte, die schließlich zu den beiden Monden verschmolzen. Phobos und Deimos sind jedoch sehr unterschiedlich hoch über der Marsoberfläche – etwa 6.000 km bzw. 23.000 km -, was sich mit Modellen, die einen Einschlag auf der Oberfläche simulieren, nur schwer erklären lässt.
Daher brauchten Phobos und Deimos eine dritte Option, die nun dank dieses neuen, von Kegerreis und seinem Team entwickelten Modells zur Verfügung steht. Mit den Supercomputern der Advanced Computing Systems der Universität Durham haben Kegerreis und sein Team Hunderte von Simulationen eines solchen Ereignisses durchgeführt und dabei den Durchmesser, die Rotation, die Geschwindigkeit und den Abstand des Asteroiden vom Mars während seiner größten Annäherung variiert. Während ein Teil der Trümmer im Weltraum verloren geht, fanden sie heraus, dass in vielen der Simulationen genügend Fragmente des ursprünglichen Asteroiden in der Umlaufbahn überlebten, wo sie ständig kollidierten und zu kleineren Partikeln zermahlen wurden, die sich in einer Scheibe um den Mars absetzten, aus der Phobos und Deimos entstanden sind.
Dieses neue Modell erklärt sowohl die Anwesenheit von Phobos und Deimos in kreisförmigen, äquatorialen Umlaufbahnen um den Mars als auch, wie sich Deimos so relativ weit entfernt vom Planeten bilden konnte.
„Unsere Idee ermöglicht eine effizientere Verteilung des mondbildenden Materials in den äußeren Regionen der Scheibe“, sagte Jack Lissauer von der NASA Ames. „Das bedeutet, dass ein viel kleinerer ‚Eltern‘-Asteroid immer noch genug Material liefern könnte, um die Bausteine der Monde an den richtigen Ort zu schicken.“
Ein Computermodell, das den Weg der Fragmente eines Asteroiden simuliert, der von der Schwerkraft des Mars zerrissen wird. (Bildnachweis: NASA Ames/Durham University)
Natürlich ist alles relativ. Der Erdmond umkreist die Erde in einer durchschnittlichen Entfernung von 384.400 km (238.855 Meilen), aber das Ausmaß des Einschlags, der schließlich zu seiner Entstehung führte, war viel größer als der Asteroid, der Phobos und Deimos formte.
Kegerreis und Lissauer räumen ein, dass ihre Idee vorerst nur eine Hypothese bleibt. Sie wird jedoch bald auf den Prüfstand gestellt werden. Im Jahr 2026 startet die japanische Raumfahrtbehörde (JAXA) die Sonde „Martian Moons eXploration“ (MMX), eine Mission zur Rückführung von Proben, die Teile von Phobos zur Erde zurückbringen wird, um sie in Labors zu untersuchen.
An Bord von MMX befindet sich ein NASA-Instrument namens MEGANE, das Mars-Mond-Experiment zur Erkundung mit Gammastrahlen und Neutronen. MEGANE wird die Identität der chemischen Elemente auf Phobos bestimmen und bei der Auswahl von Probenahmestellen helfen.
Die MMX-Mission wird uns hoffentlich Aufschluss über die Zusammensetzung von Phobos (und vermutlich stellvertretend auch von Deimos) geben, was einen wichtigen Hinweis auf ihre Herkunft liefern wird. Wenn sie Spuren von Marsgestein enthalten, würde das darauf hindeuten, dass sie aus Impaktgeschossen entstanden sind, aber wenn ihre Zusammensetzung eher einem Asteroiden ähnelt, könnte das Kegerreis‘ Modell unterstützen.
„Dieses neue Modell macht andere Vorhersagen über die Eigenschaften der Monde, die mit den Standardvorstellungen über dieses Schlüsselereignis in der Geschichte des Mars verglichen werden können“, so Kegerreis.
Die Simulationen könnten auch angepasst werden, um andere Wechselwirkungen zwischen Planeten und kleineren Körpern wie Asteroiden und Kometen im Laufe der Geschichte des Sonnensystems zu untersuchen, vielleicht um zu erforschen, wie sich die Ringe des Saturns oder andere rätselhafte Monde gebildet haben könnten.
Die Ergebnisse wurden am 20. November in der Zeitschrift Icarus veröffentlicht.
