¿Fueron Fobos y Deimos una sola luna marciana que se separó? Esto dice nuevo estudio


El origen de Fobos y Deimos, las dos lunas marcianas, ha sido un misterio para los astrónomos. Estos dos cuerpos son una fracción del tamaño y la masa de la Luna, midiendo solo 22,7 km (14 mi) y 12,6 km (7,83 mi) de diámetro. Ambos tienen un período orbital rápido, tardando solo 7 horas, 39 minutos y 12 segundos (Fobos) y 30 horas, 18 minutos y 43 segundos (Deimos) para completar una órbita alrededor de Marte. Ambos también tienen una forma irregular, lo que lleva a muchos a especular que alguna vez fueron asteroides que fueron expulsados del Cinturón Principal y fueron capturados por la gravedad de Marte.

Una imagen compuesta de Marte y sus dos lunas, Phobos (primer plano) y Deimos (fondo). Crédito: NASA/JPL/Universidad de Arizona

También existe la teoría de que Fobos y Deimos fueron una vez una sola luna golpeada por un objeto masivo, lo que provocó que se dividiera (también conocida como la «hipótesis de división»). En un artículo reciente, un equipo internacional de científicos dirigido por el Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas (ISAS) revisó esta hipótesis. Determinaron que una sola luna en una órbita síncrona no habría producido dos satélites como vemos allí hoy. En cambio, argumentan, las dos lunas habrían colisionado en poco tiempo, produciendo un anillo de escombros que habría creado un sistema lunar completamente nuevo.

El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en línea y se publicará en The Planetary Science Journal. La investigación fue dirigida por el Dr. Ryuki Hyodo, investigador del Departamento de Ciencias del Sistema Solar en ISAS, parte de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA). A él se unieron investigadores del Earth-Life Science Institute del Tokyo Institute of Technology, el Paris Globe Institute of Physics de la Universite de Paris y el Orbital Dynamics and Planetary Group de la Sao Paulo State University.

Como se señaló, el tema de dónde provienen las lunas de Marte se ha convertido en un tema candente para los astrónomos en los últimos años. Históricamente, los astrónomos se han inclinado hacia la Hipótesis de Captura, que establece que Fobos y Deimos alguna vez fueron asteroides de tipo D. Se trata de asteroides compuestos por silicatos ricos en materia orgánica, carbono y silicatos que no contienen agua (anhidros) que pueden tener hielo de agua en su interior. Esta hipótesis está motivada en gran medida por las observaciones que revelaron similitudes en los espectros entre los asteroides de tipo D y estas lunas.

Alternativamente, la Hipótesis del Impacto Gigante establece que un impactador golpeó Marte, creando un anillo de escombros alrededor del planeta que se acumuló para formar dos objetos de escombros. Esto es similar a la teoría más ampliamente aceptada de cómo se formó el sistema Tierra-Luna hace miles de millones de años debido a un impacto con un objeto del tamaño de Marte llamado Theia (también llamada Hipótesis del Impacto Gigante). Más recientemente, se ha propuesto que Fobos y Deimos pueden no ser objetos primordiales que resultaron de la captura o un impacto, sino los restos de una luna primordial que se rompió.

Esta teoría se ha denominado «Hipótesis del reciclaje de la luna anular», que fue presentada en un artículo de 2021 por Amirhossein Bagheri et al. Según esta hipótesis, esta luna progenitora se desgarró hace entre 1 y 2.800 millones de años, ya sea por las fuerzas de las mareas o por un impacto. Los escombros resultantes habrían formado un anillo alrededor de Marte que finalmente se recicló para formar Fobos y Deimos. Como han señalado los astrónomos, este modelo presenta algunos problemas, que incluyen el hecho de que Marte todavía tendría un sistema de anillos. Como explicó el Dr. Hyodo a Universe Today por correo electrónico, él y su equipo notaron que hay otros problemas:

“Al estudiar la evolución de las mareas de las lunas en el tiempo, Bagheri et al. (2021) encontró una solución para que Fobos y Deimos alguna vez pudieran tener órbitas que se cruzarían entre sí. Esta es su evidencia: diciendo que Phobos y Deimos fueron una vez una sola luna que se dividió para formar Phobos y Deimos. Tenga en cuenta que si cambia los parámetros que controlan la evolución de las mareas, las órbitas de Fobos y Deimos en el pasado no se cruzan entre sí. La idea de Bagheri et al. se basa en sus parámetros que han resultado en cruces orbitales en el pasado.“

Para probar esta hipótesis, el Dr. Hyodo y sus colegas comenzaron con la suposición de que Fobos y Deimos alguna vez fueron un solo cuerpo. Luego realizaron simulaciones numéricas que combinaron modelos geofísicos y de evolución de mareas de un sistema de satélites de Marte. A partir de esto, dijo el Dr. Hyodo, determinaron que era muy poco probable que Phobos y Deimos se originaran a partir de un solo objeto:

“Luego calculamos las evoluciones orbitales sucesivas de las lunas en el enfoque directo de 3 cuerpos (Marte-Fobos-Deimos), que puede calcular con precisión encuentros cercanos, interacciones gravitacionales y colisiones entre lunas. Descubrimos que lo más probable es que las dos lunas (más del 90% por casualidad) colisionen entre sí en un período de tiempo muy corto después de la división (<10^4 años). Este impacto es muy destructivo (es decir, un impacto de alta velocidad) y, por lo tanto, las dos lunas (Fobos y Deimos) se destruyen catastróficamente”.

En resumen, si Fobos y Deimos se separaron de una sola Luna progenitora (hace 1 a 2.700 millones de años), habrían colisionado en 100.000 años. Esto habría dejado a Marte con otro anillo de escombros que todavía estaría allí hoy, en lugar de sus dos satélites de forma irregular que tienen una composición similar a la de un asteroide. Estos hallazgos han renovado el debate sobre el origen de las lunas de Marte y también sugieren que es posible que no se resuelva hasta que se envíen misiones de retorno de muestras para explorar los satélites marcianos.

Concepto artístico de la nave espacial Mars Moons eXploration (MMX) de Japón, que lleva un instrumento de la NASA para estudiar las lunas marcianas Phobos y Deimos. Créditos: JAXA/NASA

Varios conceptos de misión están actualmente sobre la mesa. En 2008, el Centro de Investigación Glenn de la NASA comenzó a estudiar una posible misión de retorno de muestras conocida como el concepto «Hall». Este concepto de clase New Frontiers realizaría un retorno de muestra de Phobos y Deimos. En enero de 2013, científicos de la Universidad de Standford, el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA comenzaron a colaborar en una nueva misión Phobos Surveyor. La misión se encuentra actualmente en las fases de prueba con una ventana de lanzamiento potencial de 2023 y 2033.

En marzo de 2014, la NASA propuso una misión de clase Discovery llamada Phobos And Deimos & Mars Environment (PADME), que colocaría un orbitador en la órbita de Marte para 2021 para estudiar Phobos y Deimos. Se está considerando un concepto de herencia llamado OSIRIS-REx 2 que usaría partes de la primera misión OSIRIS-REx (una misión de retorno de muestras al asteroide Bennu) y llevaría a cabo una misión de retorno de muestras desde Phobos y Deimos. Más allá de la NASA, otras agencias espaciales también esperan enviar naves espaciales robóticas para explorar los satélites Martain.

En 2015, la Exploración Aeroespacial Japonesa (JAXA) dio a conocer su concepto para una misión de retorno de muestras a Fobos conocida como Exploración de Lunas Marcianas (MMX). Esta misión realizaría un sobrevuelo de Deimos antes de aterrizar en Phobos varias veces para obtener muestras, similar a lo que hizo la misión Hayabusa2 en el asteroide Ryugu. Esta misión es de alcance internacional, con la contribución de la NASA y la ESA, y actualmente está programada para lanzarse en 2024 y devolver muestras a la Tierra cinco años después.

Rusia planea repetir su intento anterior de enviar una misión de devolución de muestras a Phobos llamada Fobos-Grunt (ruso para «Phobos Ground») a fines de la década de 2020. En 2015, la ESA comenzó a evaluar una misión de devolución de muestras a Phobos llamada Phootprint, cuyo lanzamiento estaba previsto para 2024. Esta misión se concibió originalmente como un esfuerzo de colaboración entre la ESA y Roscosmos, que desde entonces han rescindido sus acuerdos de cooperación debido a Rusia. invasión de Ucrania.

De todas estas propuestas, queda claro que múltiples agencias espaciales tienen la intención de explorar las Lunas de Marte en un futuro próximo. El origen y la evolución posterior de estas lunas se consideran parte de un esfuerzo más amplio para explorar y caracterizar Marte. Mientras tanto, ¡el debate continúa!

Con información de https://arxiv.org/abs/2208.04794

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