Modell der Marsmonde zeigt deren Entstehung durch einen großen Impakt

Wissenschaftler des Southwest Research Institutes postulieren eine gewaltsame Geburt der kleinen Marsmonde Phobos und Deimos, aber in einem viel kleinerem Maßstab als jener riesige Einschlag, der zur Entstehung des Erde-Mond-Systems geführt hat. Ihre Arbeit zeigt, dass ein Zusammenstoß zwischen dem Proto-Mars und einem Objekt in der Größe eines Zwergplaneten wahrscheinlich die beiden Monde hervorgebracht hat. Dies wurde vor kurzem detailliert im Journal Sience Advances beschrieben.

Seit Jahrzehnten wird der Ursprung der kleinen Mars-Monde diskutiert. Die Frage war, ob es sich bei diesen Objekten um Asteroiden handelt, die durch die Schwerkraft des Mars eingefangen wurden, oder ob die winzigen Satelliten aus einer äquatorialen Trümmerscheibe gebildet wurden, wie es am besten mit ihren nahezu kreisförmigen und koplanaren Umlaufbahnen übereinstimmen würde. Die Entstehung einer Scheibe durch einen Einschlag auf dem Mars erschien vielversprechend, aber frühere Modelle dieses Prozesses waren durch eine niedrige numerische Auflösung und besonders vereinfachte Modellierungs-Techniken nur begrenzt aussagekräftig.

„Unser Modell ist das erste selbst-konsistente Modell um herauszufinden welche Art Impakt die Entstehung der beiden kleinen Marsmonde erklären könnte“, sagte Hauptautor Dr. Robin Canup, stellvertretender Vizepräsident der SwRI Space Science and Engineering Division. Canup ist einer der führenden Wissenschaftler, der großskalige hydrodynamische Simulationen verwendet, um Kollisionen im Planetenmaßstab zu modellieren, einschließlich des vorherrschenden Erde-Mond-System-Entstehungsmodells.

„Ein wesentliches Ergebnis der neuen Arbeit ist die Größe des Impaktors; wir fanden, dass ein Impaktor in der Größe von Vesta oder Ceres benötigt wird, aber kein größerer Impaktor“, sagte Canup. „Das Modell sagte aber voraus, dass das Material der beiden Monde in erster Linie vom Mars stammt, daher sollte die Zusammensetzung der meisten Elemente auf den beiden Monden dem Mars ähneln. Die Erwärmung des Auswurfmaterials und die geringe Austrittsgeschwindigkeit vom Mars deuten jedoch darauf hin, dass der Wasserdampf verloren ging, was bedeutet, dass die Monde trocken sind, wenn sie sich nach dem Einschlag gebildet haben.“

„Wir haben anhand modernster Modelle gezeigt, dass ein Impaktor in der Größe zwischen Vesta und Ceres eine Scheibe erzeugen könnte, die mit der Bildung der kleinen Mondes des Mars übereinstimmt“, sagte Co-Autor Dr. Julien Salmon vom SwRI. „Die äußeren Teile der Scheibe sammelten sich zu Phobos und Deimos an, während sich die inneren Teile der Scheibe zu größeren Monden ansammelten, die sich eventuell in einer Spirale nach innen bewegten und schließlich vom Mars assimiliert wurden. Größere Einschläge, die in früheren Arbeiten befürwortet wurden, hätten massivere Scheiben und mehr massive innere Monde entstehen lassen, welche das Überleben von winzigen Monden wir Phobos und Deimos verhindert hätten.

Diese Ergebnisse sind wichtig für die Mission Mars Moons eXploration (MMX) von Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), deren Start für 2024 geplant ist und die ein von der NASA bereitgestelltes Instrument an Bord haben wird. Die Raumsonde MMX wird die beiden Marsmonde besuchen, auf der Oberfläche von Phobos landen und Bodenproben aufsammeln, die 2029 zur Erde zurückgebracht werden sollen.

„Ein Hauptziel der MMX-Mission ist es, den Ursprung der Marsmonde zu bestimmen und ein Modell erstellen aus dem man schließen könnte, wie die Zusammensetzung der Monde wäre, wenn sie durch den Aufprall entstanden wären.

Ausschnitte aus einer 3-D Simulation, die zeigt wie die Marsmonde Phobos und Deimos durch den Einschlag eines Objekts in der Größe von Ceres entstanden sein könnten. Bilder: Southwest Research Institute