Mars naturliga satelliter - Phobos och Deimos - har varit ett mysterium sedan de först upptäcktes. Även om det är allmänt trott att de är tidigare asteroider som fångades av Mars: s allvar, förblir detta obevisat. Och även om några av Phobos ytfunktioner är kända för att vara resultatet av Mars: s gravitation, har ursprunget till dess linjära spår och kraterkedjor (catenae) förblivit okänt.
Men tack vare en ny studie av Erik Asphaug från Arizona State University och Michael Nayak från University of California, kan vi vara närmare förståelsen av hur Phobos 'fick sin "grova" yta. I korthet tror de att återanslutning är svaret, där allt material som kastades ut när meteorer påverkade månen så småningom återvände för att slå ytan igen.
Naturligtvis sträcker sig Phobos mysterier utöver dess ursprung och ytfunktioner. Till exempel, trots att den är mycket mer massiv än motsvarigheten Deimos, kretsar den om Mars på ett mycket närmare avstånd (9 300 km jämfört med över 23 000 km). Det är densitetsmätningar som också har indikerat att månen inte är sammansatt av fast berg, och det är känt att det är betydligt poröst.
På grund av denna närhet utsätts det för många tidvattenkrafter som utövas av Mars. Detta får dess inre, av vilken en stor del antas bestå av is, att böjas och sträckas. Den här handlingen, den har teoretiserats, är vad som är ansvarig för de stressfält som har observerats på månens yta.
Men denna åtgärd kan inte redogöra för ett annat vanligt inslag på Phobos, som är strippningsmönstren (aka. Spår) som går vinkelrätt mot spänningsfältet. Dessa mönster är i huvudsak kedjor av kratrar som vanligtvis mäter 20 km (12 mi) längd, 100 - 200 meter (330 - 660 ft) i bredd och vanligtvis 30 m (98 ft) i djup.
Tidigare antogs det att dessa kratrar var resultatet av samma påverkan som skapade Stickney, den största slagkratern på Phobos. Analys från Mars Express uppdrag avslöjade att spåren inte är relaterade till Stickney. Istället är de centrerade på Phobos framkant och bleknar bort ju närmare man kommer sin bakkant.
För deras studie, som nyligen publicerades i Naturkommunikation, Asphaug och Nayak använde datormodellering för att simulera hur andra meteoriska effekter kunde ha skapat dessa kratermönster, som de teoretiserade bildades när den resulterande ejecta cirklade tillbaka och påverkade ytan på andra platser.
Som Dr. Asphaug berättade för Space Magazine via e-post, var deras arbete resultatet av ett sinnesmöte som skapade en intressant teori:
"Dr. Nayak hade studerat med professor Francis Nimmo (från UCSC), idén att ejecta skulle kunna byta mellan marsmånarna. Så Mikey och jag mötte för att prata om det, och möjligheten att Phobos kunde sopa upp sin egen ejecta Ursprungligen tänkte jag att seismiska händelser (utlösta av påverkan) kan få Phobos att slänga material tidigt, eftersom det är inom Roche-gränsen, och att detta material skulle tunna ut i ringar som skulle återutnämnas av Phobos. Det kan fortfarande hända, men för de framträdande catenaena visade sig svaret vara mycket enklare (efter mycket noggranna beräkningar) - att krater ejecta är snabbare än Phobos utrymningshastighet, men mycket långsammare än Mars orbitalhastighet, och mycket av det blir svept upp efter flera co-banor om Mars och bildar dessa mönster. "
I grund och botten teoretiserade de att om en meteorit fastnade Phobos på rätt plats, kunde det resulterande skräpet ha kastats ut i rymden och sopats upp senare när Phobos svängde tillbaka runt mars. Trodde att Phobos inte har tillräcklig tyngdkraft för att återspänna ejecta på egen hand, Mars: s gravitationskraft säkerställer att allt som kastas av månen dras in i en bana runt den.
När detta skräp dras in i omloppsbana runt Mars kommer det att cirkla planeten några gånger tills det så småningom faller in i Phobos 'banbana. När det händer, kommer Phobos att kollidera med det, utlösa en annan påverkan som kastar bort mer ejecta, vilket gör att hela processen upprepas.
I slutändan drog Asphaug och Nayak slutsatsen att om en påverkan träffade Phobos vid en viss punkt, skulle de efterföljande kollisionerna med det resulterande skräpet bilda en kedja av kratrar i tydliga mönster - eventuellt inom några dagar. För att testa denna teori krävdes en del datormodellering på en verklig krater.
Med användning av Grildrig (en 2,6 km krater nära Phobos nordpol) som referenspunkt visade deras modell att den resulterande strängen av kratrar stämde överens med de kedjor som har observerats på Phobos 'yta. Och även om detta fortfarande är en teori, ger denna första bekräftelse en grund för ytterligare tester.
"Det första huvudtestet för teorin är att mönstren matchar, ejecta från Grildrig till exempel", sa Asphaug. "Men det är fortfarande en teori. Det har några testbara konsekvenser som vi nu arbetar med. ”
Förutom att de erbjuder en trovärdig förklaring av Phobos ytfunktioner, är deras studie också betydande i det att det är första gången att sesquinary kratrar (dvs kratrar orsakade av ejecta som gick i bana runt den centrala planeten) spårades tillbaka till deras primära påverkan .
I framtiden kan denna typ av process visa sig vara ett nytt sätt att bedöma ytegenskaperna för planeter och andra kroppar - till exempel de kraftigt kraterade månarna från Jupiter och Saturn. Dessa resultat kommer också att hjälpa oss att lära oss mer om Phobos historia, vilket i sin tur kommer att hjälpa till att belysa Mars historia.
"[Det] utvidgar vår förmåga att skapa tvärgående förhållanden om Phobos som kommer att avslöja sekvensen av geologisk historia," tilllade Asphaug. "Eftersom Phobos 'geologiska historia är slav till tideväxling av Mars, när vi lär oss Phobos geologins tidsskala vi lär oss om den inre strukturen i Mars ”
Och all denna information kommer sannolikt att komma till nytta när det är dags för NASA att montera besättningsuppdrag till Röda planeten. Ett av de viktigaste stegen i den föreslagna "Resan till Mars" är ett uppdrag till Phobos, där besättningen, en Mars-livsmiljö och uppdragets fordon alla kommer att distribueras i förväg för ett uppdrag till Marsytan.
Att lära sig mer om den inre strukturen i Mars är ett mål som delas av många av NASA: s framtida uppdrag till planeten, som inkluderar NASA: s InSight Lander (scheman för lansering 2018). Kasta ljus på Mars-geologin förväntas gå långt mot att förklara hur planeten förlorade sin magnetosfär, och därmed dess atmosfär och ytvatten, för miljarder år sedan.
