برخوردهای شبیه سازی شده نشان می دهد که چگونه فوبوس می تواند سنگ های منفجر شده از مریخ را حفظ کند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

مریخ دو قمر کوچک به نام‌های فوبوس و دیموس دارد، اما منشا آنها نامشخص است. آیا آنها سیارک هایی بودند که توسط گرانش مریخ دستگیر شده بودند، یا از زباله های پس از برخورد غول پیکر به این سیاره شکل گرفتند؟

ماموریت کاوش قمرهای مریخی ژاپن (MMX) با جمع‌آوری نمونه‌هایی از خاک از فوبوس، بزرگ‌تر از دو قمر، این معما را حل می‌کند. آزمایش‌های آزمایشگاهی در بریتانیا به آماده‌سازی دانشمندان برای تفسیر یافته‌های آن کمک می‌کند.

MMX در 19 اکتبر با موفقیت از روی یک موشک H3 از مرکز فضایی تانگاشیما در جنوب ژاپن پرتاب شد. حدود دو هفته پیش، کنترل‌کننده‌های زمینی اولین سیگنال را از فضاپیما دریافت کردند که تایید می‌کرد که ارتباط عادی دارد.

مطالعه اجرام کوچک و مقایسه آنها با شهاب سنگ ها - نمونه های طبیعی سنگ های فضایی که به زمین می رسند - به دانشمندان کمک می کند تا شکل گیری و تکامل منظومه شمسی را درک کنند.

مشاهدات فضاپیمای فوبوس 2 اتحاد جماهیر شوروی، که داده‌های موقعیت خود را در مدار مریخ در سال 1989 جمع‌آوری کرد، و محققانی که از تأسیسات تلسکوپ فروسرخ ناسا در دهه 2010 استفاده کردند، نکات مهمی در مورد منشأ فوبوس ارائه کرده‌اند.

آن‌ها نشان دادند که ماه مریخ دارای ویژگی‌های طیفی است (شیوه‌ای که سطح سیاره نور را جذب و بازتاب می‌کند و اطلاعاتی درباره ترکیب آن ارائه می‌کند) شبیه سیارک‌های تاریک و بدوی به نام نوع D. گمان می رود که اینها قبل از مهاجرت برخی به سمت خورشید از منظومه شمسی بیرونی سرچشمه گرفته باشند.

برای مریخ که دو سیارک مجزا را به تصرف خود درآورده باشد، توضیح آن دشوار خواهد بود. یک پیشنهاد جایگزین نشان می‌دهد که مریخ تکه‌هایی از یک سیارک را که توسط گرانش از هم جدا شده بود، گرفته است. این قطعات متعاقبا دیسکی از مواد تشکیل دادند که قمرها از آن تکامل یافتند.

با این حال، این سؤال را ایجاد می کند که چگونه یک شی از دوردست منظومه شمسی بیرونی به مریخ رسیده است. نظریه دیگری پیشنهاد می‌کند که فوبوس و دیموس از زباله‌هایی تشکیل شده‌اند که هنگام برخورد یک جسم بزرگ به مریخ به مدار پرتاب شده‌اند.

اگرچه این سناریو می‌تواند جنبه‌هایی از مدارهای آنها را توضیح دهد، اما سؤالاتی در مورد اینکه آیا ترکیب آنها با آنچه از چنین تأثیری انتظار می‌رود مطابقت دارد یا خیر، باقی می‌ماند. تمایز بین این احتمالات هدف اصلی ماموریت MMX است که هم قمرها و هم نمونه هایی را از فوبوس به زمین باز می گرداند.

اگر فوبوس حاوی موادی از جای دیگر باشد چه؟ قمر بزرگتر مریخ ممکن است سرنخ مهم دیگری نیز داشته باشد: موادی که از قسمت دیگری از منظومه شمسی تحویل داده شده است.

برخوردهای بزرگ روی مریخ می‌تواند سنگ‌هایی را به فضا پرتاب کند که برخی از آنها در نهایت می‌توانند روی فوبوس فرود بیایند. برخورد مستقیم سیارک ها به ماه نیز می تواند تکه هایی را پشت سر بگذارد. دانشمندان به این ماده اگزوژن می گویند.

حدود 10 سال پیش، من این فرآیند را از طریق آزمایش‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی‌های عددی بررسی کردم. تحقیقات من نشان داد که برخورد اجرام با جسم سیاره‌ای دیگر می‌تواند حتی در سرعت‌های برخورد نسبتا کم، مواد را روی سطح هدف باقی بگذارد.

سال‌ها بعد، مأموریت OSIRIS-REx ناسا به سیارک Bennu و ماموریت Hayabusa2 ژاپن به سیارک Ryugu، مواد خارجی مرتبط با برخورد به سیارک‌های هدف خود را شناسایی کردند. یافتن تکه‌های سنگ از مریخ یا قطعات سیارک در فوبوس می‌تواند به بازسازی تاریخ برخورد ماه کمک کند و منشا آن را روشن کند.

در سال 2023، من به عنوان دانشمند شرکت کننده در ماموریت MMX انتخاب شدم و به SST علوم سطح و زمین شناسی آن (تیم استراتژی علمی) پیوستم. تحقیقات من بر فرآیندهای شکل‌دهی به سطوح قمرها، به‌ویژه ضربه‌ها متمرکز است.

با ترکیب مشاهدات از ابزارهای مختلف فضاپیما، هدف من مطالعه تعداد و اندازه دهانه ها برای درک تاریخچه برخورد قمرها است. من همچنین می خواهم مشخص کنم که آیا می توان مواد خارجی را در فوبوس شناسایی کرد یا خیر.

اگر تئوری سیارک گرفته شده درست باشد، MMX در حال بررسی یک جرم ابتدایی است که در منظومه شمسی بیرونی شکل گرفته است. اگر قمرها پس از برخورد غول پیکر به مریخ تشکیل می شدند، باز هم می توانستند قطعاتی از سنگ مریخ و جسمی را که با آن برخورد کرده بود، داشته باشند. این ممکن است در ترکیبات متمایز مواد جمع آوری شده توسط MMX از فوبوس مشهود باشد.

آزمایش‌های آزمایشگاهی قبلا به دانشمندان کمک کرده است تا ابزارهای فضاپیمای MMX را پیش‌بینی کنند. من یک کمپین آزمایشی در دانشگاه کنت راه اندازی کردم.

در این آزمایش‌ها از یک تفنگ گاز سبک (دستگاهی که اجسام را با سرعت بالا به حرکت در می‌آورد) برای شلیک پرتابه‌ها به سمت مواد طراحی‌شده برای شبیه‌سازی سطح فوبوس در هر دو سناریو پیشنهادی استفاده شد.

ما بررسی کردیم که چگونه تشکیل دهانه به سرعت ضربه و اندازه جسم بستگی دارد. ما همچنین آزمایش کردیم که آیا مواد پرتاب شده از مریخ می تواند فوبوس را آلوده کند یا خیر.

آزمایش‌های ما نشان داد که این فرآیند در شرایطی که در طول آزمایش اعمال می‌شود امکان‌پذیر است. این آزمایش ها می توانند روند طبیعی و سرعت ضربه را تکرار کنند. این اثر در حال ارسال به مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) است.

به همراه دانشمندانی که در مراحل اولیه کار خود، دکتر املیا براناگان-هریس از دانشگاه آکسفورد، دکتر بن رایدر استوکس از دانشگاه آزاد و دکتر واسی اسپاتیس از موسسه فضایی در لستر بودند، همچنین بررسی کردیم که آیا ابزارهای MMX می‌توانند دانه‌هایی از مواد مریخ را در لایه‌های سطحی فضاپیمای فوبوس جمع‌آوری کنند یا خیر. این کار در حال حاضر تحت بازنگری در MNRAS است.

اگر بتوان مواد خارجی را از راه دور شناسایی کرد، دانشمندان برای تفسیر مشاهدات و انتخاب نمونه‌هایی از خاک که مفیدترین اطلاعات را ارائه می‌کنند، مجهزتر خواهند شد. ما یافته های خود را در کنگره علوم سیاره اروپا در لاهه، هلند، در سپتامبر ارائه کردیم.

بعد چه می آید؟ در دانشگاه لستر، تیم دانشمندان ما - به نام سنگ‌های سخت - در حال طراحی آزمایش‌هایی برای بررسی حضور احتمالی مواد آلی در فوبوس هستند.

ترکیبات آلی لزوما شواهدی از حیات نیستند. آنها همچنین می توانند از طریق فرآیندهای غیر زیستی تشکیل شوند یا توسط سیارک ها منتقل شوند. اما آنها می توانند درباره تاریخچه فوبوس چیزهای زیادی به ما بگویند و به درک ما از چگونگی شکل گیری و تکامل قمرهای مریخ بیفزایند.

چه آنها سیارک های گرفته شده باشند و چه بقایای یک برخورد غول پیکر، سطوح و نمونه های برگشتی آنها می تواند سرنخ های مهمی را در مورد شکل گیری آنها نشان دهد. اگر فوبوس موادی را که از مریخ یا سیارک‌های دوردست تحویل می‌گیرد نیز حفظ کند، این قمرهای کوچک می‌توانند داستان بسیار بزرگ‌تری درباره برخورد و حرکت موادی که منظومه شمسی ما را شکل داده‌اند، بازگو کنند.

اطلاعات مجله: اطلاعیه های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.