2823
Японська космічна агенція JAXA готується вперше привезти на Землю зразки з системи Марса — не з самої планети, а з її найбільшого супутника Фобоса. Місія Martian Moons eXploration (MMX), запуск якої заплановано на жовтень, має досягти Фобоса у 2027 році й повернути приблизно 10 грамів реголіту у 2031-му. Щоб ці крихітні зразки дали максимум наукової інформації, потрібне точне розуміння того, як поводиться поверхневий матеріал на цьому дивному, картоплеподібному місяці. У цьому допомагає новий детальний атлас його поверхні, описаний у статті в журналі Earth and Planetary Science Letters, про який розповідає видання Universe Today.
Фобос у «динамічному середовищі»
Фобос має діаметр лише близько 11 км, але його походження залишається незрозумілим. Він може бути астероїдом-купою уламків, який Марс захопив гравітацією, або ж уламковим супутником, що сформувався з матеріалу, викинутого в орбіту після зіткнення Марса з іншим тілом. Не виключений і гібридний сценарій.
У будь-якому разі, супутник перебуває в дуже динамічному середовищі. Як пояснюють автори роботи, Ісабель Еррерос (Isabel Herreros) з Іспанського центру астробіології в Мадриді та Себастьєн Шарно (Sébastien Charnoz) з Інституту фізики глобуса в Парижі, рух поверхневого матеріалу на Фобосі визначається поєднанням власної гравітації, змінних припливних сил Марса та інерційних ефектів.
На Землі уламки порід здебільшого просто сповзають униз по схилу під дією гравітації, а припливи майже не впливають на це. На Фобосі ж, де гравітація дуже слабка, одного лише нахилу рельєфу недостатньо, щоб передбачити, куди потече реголіт. Тому потрібен «динамічний» підхід, який враховує всі сили, що діють на частинки.
Як створювали морфодинамічний атлас
Першим кроком став цифровий модель рельєфу (DTM) Фобоса, що відображає всі основні деталі поверхні: борозни, лінійні структури, зсуви, ділянки з малою кількістю кратерів, домінуючий кратер Стікні та різні спектральні області. На зображеннях видно численні сліди переміщення матеріалу, але на такому малому тілі гравітація — лише частина картини.
Дослідники розрахували вектори прискорення на поверхні Фобоса, врахувавши не тільки гравітацію, а й обертання супутника та припливні сили Марса. На основі цих розрахунків вони побудували карти поверхневого прискорення, де кольори показують «динамічний схил» — ефективний нахил з урахуванням усіх сил.
Такі карти дають лише загальне уявлення про напрямок руху матеріалу. Щоб перейти до реальної поведінки реголіту, вчені додали до моделі тертя — як статичне (що визначає, коли матеріал починає рухатися), так і динамічне (що впливає на те, як далеко він пройде, перш ніж зупинитися).
Використовуючи DTM Фобоса та власний програмний код, автори змоделювали траєкторії руху частинок по поверхні. Мета полягала не в тому, щоб знайти нестабільні ділянки, де матеріал легко зривається, а в тому, щоб виявити шляхи міграції реголіту — Regolith Migration Pathways (RMPs).
Модель показала великі узгоджені динамічні області та розріджену мережу переважних маршрутів транспортування реголіту. На глобальних картах Фобоса ці шляхи позначені чорними лініями, що тягнуться вздовж рельєфу під дією поєднання власної гравітації, відцентрових і припливних прискорень.
Де реголіт накопичується, а де зникає
Кінцеві точки RMP добре узгоджуються з низькорельєфними, гладкими ділянками зі спектрально нейтральними характеристиками. Це вказує на те, що там протягом тривалого часу накопичувався реголіт, формуючи своєрідну «мантію відкладів».
Вище за рельєфом розташовані більш шорсткі області з великою кількістю дрібних кратерів і так званими «синіми спектральними схилами». Це активні зони, які вже втратили значну частину пухкого матеріалу. Натомість «червоні» спектральні ділянки — це грубі поверхні, де реголіт майже не рухається; вони вважаються старішими й менш змінними.
Узагальнюючи, автори зазначають, що значну частину морфології поверхні Фобоса та її спектральну строкатість можна пояснити довготривалим перерозподілом реголіту вздовж RMP під дією поля поверхневого прискорення.
Цікаво, що навіть за «строгого» припущення про кут тертя 30° модель показує, що помітний рух матеріалу обмежується внутрішніми частинами великих кратерів і східним зовнішнім схилом кратера Стікні. Для меншого кута тертя, 14°, який, за словами авторів, не описує сучасний спонтанний рух, але може відображати умови в минулому, з’являється ширша мережа RMP, здатна з часом переформовувати поверхню, заповнювати кратери та створювати спектральну й морфологічну різноманітність.
Що це означає для місії MMX
MMX планує взяти два зразки з ключових регіонів Фобоса: поблизу субмарсіанської точки (що «дивиться» на Марс) і поблизу антимарсіанської точки (оберненої від Марса). Новий атлас показує, що це два дуже різні середовища з контрастною історією реголіту.
У районі субмарсіанської точки, за моделлю, накопичується матеріал зі східного зовнішнього схилу кратера Стікні та навколишніх ділянок. Там очікують знайти старий, добре перемішаний реголіт із багатьох джерел, який довго піддавався космічному вивітрюванню.
В області антимарсіанської точки ситуація інша: тут мережа RMP щільніша, багато шляхів збігаються в смузі поблизу екватора, а кінцеві точки міграції скупчуються разом. Це свідчить про більш активний, відносно недавній рух реголіту. Зразки звідси можуть містити молодший, менш «вивітрений» матеріал, який краще зберіг інформацію про первісну поверхню або неглибокий підповерхневий шар Фобоса.
Обмеження моделі та її значення
Попри детальність, модель має спрощення. Вона не враховує, наприклад, лібрацію Фобоса — невеликі коливання його орієнтації на орбіті. Також не моделюються внутрішня структура поверхневого шару, його реологічні властивості та детальна механіка — зокрема, наскільки легко окремі камінці злипаються між собою.
Навіть із цими обмеженнями робота задає методологічну основу для інтерпретації поверхневого транспорту на Фобосі. Вона дозволяє пов’язати майбутні зразки MMX з ширшим геоморфологічним контекстом і історією переміщення реголіту. Це критично важливо, щоб кілька грамів пилу й уламків, які поверне місія, розповіли якомога більше про минуле цього загадкового супутника та, можливо, про історію самого Марса.
Новий атлас поверхні Фобоса допоможе місії MMX зібрати зразки з’явилася спочатку на Цікавості.
