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新的火星模型详述了Phobos和Deimos的暴力诞生

发布时间:2018-05-14

西南研究所的科学家们模仿了一个Ceres大小的物体以斜角撞向火星。三维模拟的这四帧显示,撞击最初会产生一个主要来自火星的轨道碎片(右下帧)。光盘的外部部分后来堆积在火星的小卫星福博斯和迪莫斯。磁盘的内部积聚成更大的月亮,最终向内盘旋并被同化到火星中。图片由西南研究院提供

西南研究院的科学家们假设火星卫星火卫一和微卫星的暴力诞生,但其规模远远小于被认为导致地球 - 月球系统的巨大影响。他们的工作表明,原生火星与矮行星大小的物体之间的影响可能会产生两颗卫星,详见今日发表在“科学进展”上的一篇论文。

几十年来,红色星球的小卫星的起源一直在争论。问题是这些尸体是否是被火星引力完整捕获的小行星,还是由赤道碎片形成的小卫星,与它们的近圆形和共面轨道最为一致。通过与火星碰撞生产磁盘看起来很有前景,但此过程的先前模型受限于低数值分辨率和过于简化的建模技术。

第一作者Robin Canup博士说:“我们是第一个确定导致形成火星两个小卫星所需影响类型的自我一致模型,它是空间科学和工程部的副研究员。 Canup是使用大规模流体动力学模拟来模拟行星尺度碰撞的领先科学家之一,包括盛行的地球 - 月亮形成模型。


            这种3-D模拟表明,这种影响最初会产生一个主要来自火星的轨道碎片。光盘的外部部分后来堆积在火星的小卫星福博斯和迪莫斯。圆盘的内部积聚成更大的月亮,最终向内盘旋并被同化到火星中。 / em

“新工作的一个关键结果是撞击器的大小;我们发现需要一个大型撞击器 - 类似于最大的小行星Vesta和Ceres-,而不是一个巨大的撞击器,“Canup说。 “该模型还预测,这两颗卫星主要来源于火星的材料,所以它们的大部分成分应该与大多数元素的火星相似。然而,喷射物的加热和火星的低逃逸速度表明水蒸气已经失去,这意味着如果它们通过撞击形成,卫星将会变干。“

新的火星模型调用比以前考虑的小得多的冲击器。 45亿年前,当火星大小的物体坠入新生地球时,我们的月球可能已经形成,并且由此产生的碎片合并到地球 - 月球系统中。地球的直径约为8,000英里,而火星的直径则刚刚超过4,200英里。月球直径超过2100英里,约为地球的四分之一。

虽然它们在同一时间段内形成,但Deimos和Phobos非常小,直径分别只有7.5英里和14英里,轨道非常靠近火星。提议的Phobos-Deimos成形冲击器的尺寸在直径为326英里的小行星Vesta和宽度为587英里的矮行星Ceres之间。

这幅复合图像比较了从红色星球表面看到的火星的月亮有多大,与我们的月球从地球表面出现的大小有关。虽然地球的月亮比大火星月火卫星大100倍,但火星卫星更接近他们的行星轨道,使它们在天空中显得相对较大。 2013年8月1日,美国国家航空和宇宙航行局的火星漫游者好奇号拍摄了最近左边的Deimos和旁边的火卫一,它们一起被放映出来。图片感谢NASA / JPL-Caltech / Malin空间科学系统/得克萨斯州A&M大学。

“我们使用最先进的模型来表明Vesta-to-Ceres大小的冲击器可以产生与火星小卫星形成一致的光盘,”该论文的第二作者Julien Salmon博士说, SwRI研究科学家。 “光盘的外部聚积在火卫一和迪莫斯,而光盘的内部积聚成较大的卫星,最终向内旋转并被同化到火星中。在之前的作品中提倡的更大的影响会产生巨大的光盘和更大的内部卫星,阻止像Phobos和Deimos这样的小卫星的生存。“

这些发现对日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的火星月球探测(MMX)任务十分重要,该任务计划于2024年发射,并将包括NASA提供的仪器。 MMX宇宙飞船将访问两颗火星卫星,落在福博斯表面,并于2029年收集表面样本返回地球。

“MMX任务的一个主要目标是确定火星的卫星的起源,并建立一个模型,预测如果它们通过影响形成的卫星组合将成为实现这一目标的关键约束条件,”Canup说。

2018年4月18日出版的“科学进展”杂志发表了“火星与灶神星大小的身体与火星碰撞产生的火卫一和迪莫斯的起源”。该研究由美国国家航空航天局硅谷太阳系探索研究虚拟研究所(SSERVI)以及美国宇航局新兴世界计划资助。该研究是作为探索目标科学研究所(ISET)的一部分进行的,该研究所是来自美国西南研究院科罗拉多州博尔德办公室的SSERVI团队。

出版物:Robin Canup和Julien Salmon,“火星与灶神星大小的身体的影响火卫一和Deimos的起源”,科学进展,2018年4月18日:卷。 4,没有。 4,eaar6887; DOI:10.1126 / sciadv.aar6887

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