La órbita de la luna marciana insinúa un antiguo anillo de Marte.

Esta vista con colores mejorados de Deimos, la más pequeña de las dos lunas de Marte, son el resultado de las imágenes del 21 de Febrero de 2009, realizadas por la cámara del Experimento Científico de Imágenes de Alta Resolución (HiRISE) en el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. 
Crédito de imagen:  NASA / JPL-Caltech / University of Arizona.

Los científicos del Instituto SETI y la Universidad de Purdue han descubierto que la única forma de producir la órbita inusualmente inclinada de Deimos es que Marte haya tenido un anillo hace miles de millones de años. Mientras que algunos de los planetas más masivos de nuestro Sistema Solar tienen anillos gigantes y numerosas lunas grandes, Marte solo tiene dos lunas pequeñas y deformadas, Fobos y Deimos.  Aunque estas lunas son pequeñas, sus órbitas peculiares esconden importantes secretos sobre su pasado.

Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que las dos lunas de Marte, descubiertas en 1877, eran asteroides capturados. Sin embargo, dado que sus órbitas están casi en el mismo plano que el ecuador de Marte, las lunas deben haberse formado al mismo tiempo que Marte. Pero la órbita de la luna más pequeña y distante, Deimos, está inclinada dos grados.

«El hecho de que la órbita de Deimos no esté exactamente en el plano con el ecuador de Marte no se consideró importante, y a nadie le importó tratar de explicarlo», dice el autor principal Matija Ćuk , científico Investigador del Instituto SETI. «Pero una vez que tuvimos una gran idea nueva y la miramos con nuevos ojos, la inclinación orbital de Deimos reveló su gran secreto».

Esta nueva idea significativa fue presentada en 2017 por el coautor de Ćuk, David Minton, Profesor de la Universidad de Purdue y su entonces estudiante graduado Andrew Hesselbrock. Hesselbrock y Minton notaron que la luna interior de Marte, Fobos, está perdiendo altura a medida que su pequeña gravedad está interactuando con el inminente globo marciano. Pronto, en términos astronómicos, la órbita de Phobos caerá demasiado bajo, y la gravedad de Marte lo separará para hacer un anillo alrededor del planeta. Hesselbrock y Minton propusieron que durante miles de millones de años, generaciones de lunas marcianas fueron destruidas en anillos. Cada vez, el anillo daría lugar a una luna nueva y más pequeña para repetir el ciclo nuevamente.

Esta teoría cíclica de la luna marciana tiene un elemento crucial que hace posible la inclinación de Deimos: una luna recién nacida se alejaría del anillo y de Marte. Que está en la dirección opuesta a la espiral interna que experimenta Fobos debido a las interacciones gravitacionales con Marte. Una luna que migra hacia afuera, justo afuera de los anillos, puede encontrar una llamada resonancia orbital, en la cual el período orbital de Deimos es tres veces mayor que el de la otra luna.

Estas resonancias orbitales son exigentes pero predecibles sobre la dirección en la que se cruzan. Podemos decir que solo una luna que se mueve hacia afuera podría haber afectado fuertemente a Deimos, lo que significa que Marte debe haber tenido un anillo que empuja la luna interior hacia afuera. Ćuk y sus colaboradores deducen que esta luna pudo haber sido 20 veces más masiva que Phobos, y pudo haber sido su «abuelo» existente hace poco más de 3 mil millones de años, seguido de dos ciclos más de anillo-luna, siendo la última luna Phobos .  

Esta visión de una modesta inclinación de la humilde órbita de la luna tiene algunas consecuencias significativas para nuestra comprensión de Marte y sus lunas. El descubrimiento de la resonancia orbital pasada casi confirma la teoría cíclica de la luna-anillo para Marte. Implica que durante gran parte de su historia, Marte poseía un anillo prominente. Mientras que Deimos tiene miles de millones de años, Ćuk y sus colaboradores creen que Phobos es joven a medida que avanzan los objetos astronómicos, formándose tal vez hace solo 200 millones de años, justo a tiempo para los dinosaurios.

Estas teorías pueden ser probadas en algunos años, ya que la agencia espacial japonesa JAXA planea enviar una nave espacial a Phobos en 2024, que recolectaría muestras de la superficie de la luna y las devolvería a la Tierra. Ćuk tiene la esperanza de que esto nos dará respuestas firmes sobre el oscuro pasado de las lunas marcianas: «Hago cálculos teóricos para ganarme la vida, y son buenos, pero hacer que se prueben en el mundo real de vez en cuando es aún mejor».

Esta investigación se presentó en la 236ª Reunión de la Sociedad Astronómica Americana, celebrada virtualmente del 1 al 3 de Junio de 2020, y se aceptó para su publicación en Astrophysical Journal Letters.

Enlace al documento: https://arxiv.org/abs/2006.00645

Descargue el comunicado de prensa completo aquí:  https://www.calameo.com/read/004812363f337cf0e215e

Fuente: SETI Institute.

Artículo original: «Martian Moon’s Orbit Hints at an Ancient Ring of Mars«.

Material relacionado:

La noticia presentada en otro medio especializado:

Sobre Fobos y Deimos.

Marte tiene dos lunas pequeñas: Fobos y Deimos. Fobos (miedo) y Deimos (pánico) fueron llamadas así aludiendo a los caballos que tiraban del carro de  guerra del  dios griego Ares, el equivalente al dios romano de la guerra Marte. Tanto Fobos como Deimos fueron descubiertos en 1877 por el astrónomo estadounidense Asaph Hall. Las lunas parecen tener materiales superficiales similares a muchos asteroides en el Cinturón de Asteroides exterior, lo que llevó a creer a la mayoría de los científicos que Fobos y Deimos son asteroides capturados. La verdad es otra.
Crédito: NASA/Mars Exploration.
Imagen de Fobos mostrando el gran  cráter de impacto Stickney (a la derecha) junto a otros más pequeños.
Una nueva modelización indica que las ranuras( las líneas que parten del borde del gran cráter Stickney y recorren longitudinalmente la superficie) en  la luna Fobos de Marte podrían ser producidos por las fuerzas de marea – la atracción gravitatoria mutua del planeta y la luna. Inicialmente, los científicos habían pensado que los surcos fueron creados por el impacto masivo que produjo al cráter Stickney. Más información. 
Créditos: NASA / JPL-Caltech / Universidad de Arizona.

Orbitando a sólo 6.000 kilómetros por encima de la superficie de Marte, Fobos está más cerca de su planeta que cualquier otra luna en el Sistema Solar. La gravedad de Marte está acercando a Fobos, dos metros cada cien años. Los científicos esperan que la luna se resquebraje dentro de entre 30 y 50 millones de años, por el efecto de marea gravitatoria.

Los surcos largos y poco profundos que recubren la superficie de Fobos son probablemente signos tempranos de una falla estructural que en última instancia va a destruir esta luna de Marte. El siguiente artículo lo presenta:

¿Porqué la órbita de Fobos va formando una espiral acercándose a Marte?, ¿Existen signos en la superficie de Fobos de marea gravitacional inducida por Marte?, ¿cuál es la naturaleza de Fobos?¿cuáles son sus posibles orígenes?, ¿cuáles son los esfuerzos a los que está sometida Fobos?, ¿hasta cuándo los soportará?. Estas y otras preguntas más están tratadas en el siguiente artículo:

Algún día, la luna de Marte, Fobos, se deslizará más allá de cierto punto en su órbita degradante y será destrozada por las fuerzas de marea, formando un anillo. 
Esta ilustración muestra a Phobos a mitad de ese proceso, con vistas al Planeta Rojo. 

Crédito: Ron Miller/Astronomy.

Descartando la posibilidad de que Fobos y Deimos sean asteroides capturados y proponiendo una teoría de formación de ellas, anterior a la ahora expuesta.

En la imágen se señala como el disco de restos interior repele  por resonancia a las lunas grandes recién formadas.  © LabEx UnivEarthS.       

¿De dónde vienen los dos satélites naturales de Marte, Fobos y Deimos,? Durante mucho tiempo, su forma sugirió que eran asteroides capturados por Marte. Sin embargo, la forma y el curso de sus órbitas contradicen esta hipótesis. Dos estudios independientes y complementarios proporcionan una respuesta a esta pregunta. Uno de estos estudios, que se publicará en la revista The Astrophysical Journal y predominantemente realizado por investigadores del CNRS y Aix-Marseille Université 1 , descarta la captura de asteroides, y muestra que el único escenario compatible con las propiedades de la superficie de Fobos y Deimos es la de una colisión gigante. En el segundo estudio, un equipo de Francia, Bélgica, e investigadores japoneses utiliza simulaciones digitales de vanguardia para mostrar cómo estos satélites fueron capaces de formarse entre los escombros de una colisión gigante entre Marte y un protoplaneta de un tercio de su tamaño. Esta investigación, que es el resultado de la colaboración entre investigadores de la Universidad Paris Diderot y el Observatorio Real de Bélgica, en colaboración con el CNRS, Université de Rennes  y el Instituto Japonés ELSI, se publicó el 4 de julio del 2016 en el diario Nature Geoscience. El siguiente artículo lo presenta y contiene además una colección de recursos sobre las lunas marcianas, así como sobre la dicotomía hemisférica del planeta rojo:

Video de SETI, donde el equipo de investigadores explica el hallazgo:

Curiosidades:

Una misión de estudio de la lunas marcianas, con retorno de muestras.

Representación artística de la nave espacial de la misión japonesa «MARTIAN MOONS EXPLORATION» (MMX).
Crédito: JAXA / ISAS.

Los esfuerzos de investigación sobre el origen de Fobos y Deimos, su naturaleza y evolución, quedarán delucidados una vez que se estudien en detalle ambas lunas in situ, con una misión dedicada, que también recoja una muestra de Fobos y la traiga a la Tierra para su análisis.

La misión Martian Moons eXploration (MMX) es un proyecto de JAXA para explorar las dos lunas de Marte, con un lanzamiento planeado a mediados de la década de 2020. Aproximadamente un año después de salir de la Tierra, la nave espacial llegará al espacio marciano y entrará en una órbita alrededor de Marte. Luego se moverá a una órbita cuasi satélite (QSO) alrededor de la luna marciana, Fobos, para recopilar datos científicos y recoger una muestra de la superficie de la luna. Después de la observación y la recolección de muestras, la nave espacial regresará a la Tierra llevando el material recolectado de Fobos. La programación actual tiene una fecha de lanzamiento en JFY 2024, seguida de la inserción de la órbita marciana en JFY 2025 y la nave espacial regresará a la Tierra en JFY 2029.

La exploración de las lunas marcianas ayudará a mejorar la tecnología para la futura exploración de planetas y satélites. Por ejemplo, el avance en la tecnología necesaria para realizar viajes de ida y vuelta entre la Tierra y Marte, las técnicas avanzadas de muestreo que se emplearán en la superficie lunar marciana y en la tecnología de comunicación óptima utilizando las estaciones terrestres de la Red del Espacio Profundo.

Un objetivo científico importante para la misión es aclarar el origen de las dos lunas marcianas y el proceso de evolución de la Esfera Marciana (Marte, Fobos y Deimos). La creación de este sistema es una de las claves para resolver los misterios de la formación planetaria en el Sistema Solar.

El sitio de la misión, contiene toda la información sobre la misma:

El lector también puede consultar la cuenta de Twitter de Jaxa:

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