У планеты Марс есть два спутника. Первым из них является Фобос, диаметр которого равен 22,5 километрам. Вторым спутником Марса является Деймос с диаметром 12,4 километра. Оба спутника имеют форму картофелины и повернуты к планете одной и той же стороной. Как и многие другие небесные тела в Солнечной системе, они полны тайн.

Главная загадка заключается в их происхождении: на данный момент существует две теории, причем каждая из них вполне вероятна. В рамках данной статьи выясним, что из себя представляют спутники Марса, при каких странных обстоятельствах они были открыты и как они вообще могли появиться. Одна из теорий может объяснить, почему у Марса именно два спутника, а не больше или меньше.

Имена спутников Марса взяты из античных мифов, в которых бог войны всегда сопровождался своими сыновьями: Фобосом (имеет корень – фобия, означает – страх) и Деймосом, что переводится с греческого как паника или ужас. Открыты спутники были по научным меркам не так давно, всего 130 лет тому назад, поскольку это самые маленькие небесные тела в Солнечной системе, и находятся они настолько близко к планете, что заметить их очень трудно. Интересно, что Фобос и Деймос внешне совершенно не похожи друг на друга. Мало того, движение Фобоса замедляет приливное воздействие Марса, и в конце-концов спутник упадет на планету. А Деймос, напротив, удаляется от Марса. Природа спутников до сих пор остается неясной. Гипотез много.

С Марсом связано множество загадок. Одна – из романа Джонатана Свифта. За полторы сотни лет до открытия спутников Красной планеты английский писатель предугадал их существование в "Приключениях Гулливера". Официально же открыл спутники Марса осенью 1877 года американский астроном Асаф Холл. Всё – количество марсианских лун, их размеры и даже параметры орбит – было так, как и предсказывал Свифт.

А вот откуда появились спутники Марса, ученые спорят до сих пор. Существовало смелое предположение, что один из спутников – Фобос – представляет собой искусственный объект, может быть, даже боевую станцию случившейся миллионы лет назад космической войны.

Планета Марс имеет спутники Деймос и Фобос, которые, как считается, представляют собой захваченные астероиды. Фобос и Деймос были обнаружены в 1877 году Асафом Холлом и впоследствии были названы в честь греческих богов. Вполне возможно, что Марс может иметь на своей орбите спутники размером меньше, чем 50 – 100 метров и кольцо пыли между Фобосом и Деймосом, но пока ничего этого не было обнаружено.

Асаф Холл, астроном открывший спутники Марса, первоначально обнаружил Деймос 12 августа 1877 около 7:48 UTC, а Фобос 18 августа 1877 года, в Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, округ Колумбия, примерно в 9:14 по Гринвичу. В то время, он занимался тем, что сознательно искал марсианские луны. Телескоп, с помощью которого открыли луны – 66 см рефрактор. В 1893 году он был перемонтирована и поставлен в новый купол, где и остается до сих пор.

Греческий бог Фобос – страх и греческий бог Деймос – ужас, сопровождали в бой отца Ареса – бога войны. Арес, у римлян он был известен как Марс.

Многие считают, что Асаф Холл назвал спутники Марса, однако имена спутникам были предложены Генри Маданом и взяты из греческой мифологии.

Если смотреть с поверхности Марса, то спутники видны хорошо. Чтобы их увидеть необходимо находиться вблизи экватора планеты, с этой позиции Фобос будет иметь размер, примерно, треть от полной Земной Луны. Его угловой размер 8 на 12 угловых минут. Он выглядит меньше, когда наблюдатель находится дальше от экватора Марса, и полностью невидим (находится всегда за горизонтом) в районе полярных шапок Марса.

Деймос больше похож на яркую звезду или планету, для Марсианского наблюдателя он немного больше, ярче чем Венера, на небосклоне Земли и имеет угловой диаметр около 2 минут. Угловой диаметр Солнца на Марсе составляет около 21 угловой минуты. Таким образом, на Марсе нет полноценных Солнечных затмений, как на Земле, спутники слишком малы, чтобы полностью покрыть солнечный диск. С другой стороны, частичные солнечные затмения Фобоса (можно даже сказать: транзит по диску Солнца) очень распространены и происходят почти каждую ночь.

Основываясь на данных по массе, плотности и составу, строение спутников полностью соответствует небольшим астероидам. За исключением того, что из-за низкой плотности Фобоса, последний, скорее всего, представляет чуть ли не кучу камней, скрепленных слабой гравитацией спутника. Их поверхность покрыта 100 метровым слоем реголита и сильно “усыпана” кратерами.

Движения спутников очень отличаются от движений нашей собственной Луны. Фобос восходит на Западе и заходит на Востоке, совершая 1 оборот всего за 7 часов 40 минут, в то время как Деймос, находясь в непосредственной близости от синхронной орбиты, также поднимается на востоке, но очень медленно. Несмотря на 30-часовую орбиту, путь Деймоса по небосводу Марса занимает 2,7 дня, чтобы зайти на Западе. Наклонение орбиты Фобоса и Деймоса к экватору Марса составляет около 1 градуса.

Естественные спутники Марса приливно заблокированы гравитацией планеты (как наша Луна) и всегда обращены к нему одной стороной. Поскольку Фобос вращается вокруг Марса быстрее, чем сама планета, приливные силы медленно, но неуклонно снижают радиус его орбиты.

В какой-то момент, в будущем, когда он приблизится к Марсу достаточно близко и приливные силы разорвут Фобос. Несколько кратеров на поверхности Марса, расположенные недалеко от экватора, показывают, что, возможно, у планеты было много других мелких спутников, которых постигла участь ожидающая Фобос, а также то, что марсианская кора успела сместиться между этими событиями. Деймос располагается достаточно далеко от планеты, и его орбита все время медленно увеличивается, как и в случае с нашей собственной Луной.

Происхождение марсианских лун остается спорным. Поверхность спутников имеет много общего с углеродистыми астероидами С-типа, а спектр, альбедо и плотность очень похожи на астероиды С- или D-типа. На основе их сходства, сегодня главенствует гипотеза о том, что обе луны могли быть захвачены из главного пояса астероидов.

Оба спутника имеют почти круговые орбиты, лежащие почти точно в экваториальной плоскости Марса, и, следовательно, теории, их захват требует, чтобы они первоначально двигались по очень вытянутой орбите, которая затем за счет сопротивления атмосферы и приливных сил планеты приобрела текущий вид. Хотя не ясно, каким образом произошел захват Деймоса. Захват также требует рассеивание энергии (при переходе на другую орбиту) и нынешняя атмосфера Марса слишком тонкая, чтобы захватить такой объект как Фобос атмосферным торможением. Астроном Джеффри Лэндис отметил, что захват мог произойти, если первоначальное тело было двойным астероидом, которое потом разделилось в результате действия приливных сил планеты.

Фобос может быть объектом второго поколения, т.е. он мог уже сформироваться на орбите планеты, уже после самого формирования Марса, а не быть сформированным одновременно с планетой.

Другая гипотеза образования спутников утверждает, что Марс когда-то был окружен множеством тел, размерами с текущие спутники, которые были выброшены на его орбиту в результате столкновения с большой планетезималью. Высокая пористость Фобоса (плотность 1,88 г/куб.см и пустоты, которые составляют от 25 до 35 процентов от объема) говорят не в пользу астероидного происхождения.

Наблюдения Фобоса в инфракрасном спектре показывают, что он, главным образом, содержит филлосиликаты, которые хорошо известны на поверхности Марса. Его спектры отличаются от, всех классов хондритов, – метеоритов астероидного происхождения. На основании этих данных, Фобос сформировался из материала, который выбросило на орбиту планеты, при столкновении Марса с астероидом или другим крупным телом.

Впервые о существовании спутников Марса догадался немецкий астроном Иоганн Кеплер в 1611 году. Открытие было сделано по счастливой ошибке. В ходе изучения работ Галилео Галилея он нашел анаграмму, которую расшифровал как латинское выражение «Привет вам, близнецы, Марса порождение». Впоследствии выяснилось, что на самом деле в сообщении было зашифровано предложение «Высочайшую планету тройною наблюдал». Таким необычным образом Галилео Галилей описал случай, когда Сатурн показался ему тройным из-за наличия колец. В те времена о существовании колец еще никто не догадывался.

Также о наличии у Марса двух спутников говорил писатель Джонатан Свифт в своем романе «Путешествия Гулливера». По сюжету, открытие было сделано астрономами выдуманного острова Лапута. Произведение было написано за 150 лет до официального открытия Фобоса и Деймоса. Первые снимки спутников были получены в 1909 году.

Существует две теории происхождения Фобоса и Деймоса. Первая гласит, что они когда-то было обыкновенными астероидами. Пролетая мимо Марса, они просто могли быть притянуты планетой и таким образом стать его спутниками. Это предположение похоже на правду, потому что Фобос и Деймос не имеют идеально круглую форму, как естественные спутники других планет. Загвоздка лишь в том, что эти космические объекты кружатся вокруг Марса по почти идеальному кругу. А захваченные астероиды, по мнению ученых, вращались бы по вытянутой орбите.

Вторая версия гласит, что когда-то давно у Марса был один спутник, но по каким-то причинам он раскололся на Фобос и Деймос. Это предположение всегда казалось более правдоподобным, потому что доводов против нее почти не существует. Более того, недавно в научном журнале Nature Astronomy были опубликованы результаты исследования, которые повышают доверие к этой версии. Ученые из Швейцарии воссоздали спутники внутри компьютерной модели и выяснили, что когда-то давно они двигались по одной и той же орбите.

Если эта теория верна, примерно 2,7 миллиарда лет назад на единственный спутник Марса упал астероид или другой небесный объект и расколол его. И именно поэтому сейчас у планеты два спутника. Ни больше и ни меньше. Конечно, это до сих пор всего лишь предположение, но ответ на вопрос «почему у Марса два спутника?» звучит именно так. Также есть вероятность, что у Марса могло быть три спутника.

Знаете ли вы, кто открыл спутники планеты Марс? Наверняка это имя вам незнакомо, хотя может быть некоторым оно известно. Итак, Асаф Холл – видный американский астроном, долгое время был увлечен поисками спутников Красной планеты.

Однако многим ученым это не удавалось, и наш герой также провел за своими наблюдениями множество времени. Тем не менее, ничего не получалось.

Если вы любите интересные факты о великих людях, тогда следует сказать, что женой Асафа Холла была его бывшая учительница. Несложно догадаться, что она была женщиной властной и строгой.

Так вот, в очередную ночь, утомившись от бесплодных занятий возле телескопа, он решил отдохнуть. Но жена приказала продолжать работу. Наверняка бедный ученый втайне побаивался жену, так как действительно возобновил изучение ночного неба.

И действительно, прошло несколько часов, и он наконец-то обнаружил один спутник Марса. Говорят, что успех, как и беда, приходит не один. На следующую ночь Асаф Холл открыл и второй спутник. Произошло это в 1877 году.

Их детальное изучение началось, конечно, гораздо позже. Первые фотографии Фобоса прислал «Маринер-7» в 1969 году (в год высадки американцев на Луну), а Деймоса – соответственно «Маринер-9» в 1971 году. Фобос (27×22×19 км) несколько больше Деймоса (16×12×10 км) и обращается вокруг Марса за 7,66 часа на высоте 6 тыс. км (большая полуось – 9377 км), что намного ближе, чем в случае с любым другим спутником планеты в Солнечной системе (Деймос обращается за 30,35 часа, большая полуось его орбиты составляет 23460 км).

Оба спутника всегда повернуты к планете одной и той же стороной, как и наша Луна, т. е. приливно «заперты», но при этом расположены по разные стороны от так называемого синхронного радиуса – и это обстоятельство является ключевым в описании динамики этих спутников и в попытках смоделировать их происхождение.

Синхронный радиус – дистанция, при которой средняя угловая скорость движения расположенного там спутника равна угловой скорости вращения планеты (спутник, находящийся на такой орбите в плоскости экватора, как бы зависает над одной точкой; частный случай – круговая гео¬стационарная орбита). Разумеется, для каждой планеты будет свой синхронный радиус (синхронный радиус Марса составляет 20,4 тыс. км, тогда как 17 тыс. км – это расстояние от поверхности Марса до синхронной орбиты), но Деймос ведет себя подобно нашей Луне – он находится на большом удалении и отстает при вращении Марса.

Возникает приливный горб, увлекаемый быстро вращающейся планетой вперед по отношению к направлению на порождающий этот горб спутник. Взаимодействие опережающего горба с порождающим его спутником вынуждает последний постепенно отходить от планеты. В результате этого Деймос, подобно нашей Луне, движется по медленно раскручивающейся спирали (удаляется на 2 мм в год, а Луна – на 3,8 см).

Ближайший к Марсу Фобос, наоборот, движется по орбите быстрее, чем вращается марсианская поверхность под ним. Вызываемый Фобосом двойной приливный горб отстает от Фобоса, и взаимодействие Фобоса с этим горбом приводит к его дальнейшему сближению с Марсом. Через 30–35 млн лет Фобос должен упасть на планету, но, скорее всего, он еще до этого будет разорван мощными приливными силами, проходя предел Роша (радиус орбиты, на котором приливные силы центрального тела равны гравитационным силам, связывающим спутник воедино, в данном случае это 5,5 тыс. км).

Таким образом, разница между поведением Деймоса и Луны с одной стороны и Фобоса с другой определяется соотношением скорости вращения планеты и средней угловой орбитальной скорости спутника (средним движением, как говорят астрономы).

Однако приливы, порождаемые планетой в самом спутнике, находящемся на эллиптической орбите, работают совершенно иначе. Если спутник, подобно Фобосу, Деймосу и нашей Луне, приливно «заперт», всё время обращен к планете одной стороной, то приливы в нем притягивают его к поверхности планеты. Таким образом, в случае спутника, находящегося выше синхронного радиуса (Деймос и Луна), возникает конкуренция: приливные горбы на планете их расталкивают, а приливы в спутнике сближают. Что победит?

Ответ определятся двумя факторами: эксцентриситетом орбиты и вытянутостью формы спутника. Почему эксцентриситетом? Да потому, что, окажись его орбита круговой – и двойной приливный горб на спутнике не менялся бы во времени. Не было бы в спутнике ни меняющейся во времени деформации, ни приливной диссипации. И этот статический прилив ни на что бы не влиял. А при ненулевом эксцентриситете горб периодически меняет свою форму и этим отнимает у системы энергию, влияя на ее орбитальное движение.

При чем же здесь вытянутость формы спутника? При том, что синхронизованный спутник смотрит на планету одной стороной лишь в первом приближении. При наличии вытянутости он совершает небольшие «покачивания» в плоскости орбиты, называемые либрациями по долготе. Эти либрации усиливают приливную диссипацию – в нынешнем Фобосе более чем в два раза. Прежде, когда эксцентриситет был куда выше, либрация могла усилить приливную диссипацию в Фобосе даже на два порядка и больше.

Спутники Марса могут оказаться как пришельцами-астероидами, так и сугубо «местными», родившимися вместе с планетой. Спектральный анализ их поверхностей дает сходство со спектрами, присущими некоторым классам астероидов. Это свидетельствует в пользу гипотезы об астероидном происхождении обоих объектов. Подобную версию подтверждает также низкая средняя плотность этих двух тел (когда-то спровоцировавшая Иосифа Шкловского на экстравагантную версию об искусственном происхождении спутников).

Против астероидной гипотезы говорит «аккуратность» орбит обоих спутников с низкой эллиптичностью и низким наклонением орбиты. Вообще, прилетевший по гиперболической траектории астероид либо просто промчится мимо планеты (слегка изменив параметры своей гиперболы), либо совершит какое-то количество сложных движений вблизи планетарной орбиты, но в итоге все-таки удалится (опять же по слегка измененной гиперболе).

Для постоянного захвата планетой (т. е. для перехода с гиперболы на эллипс с планетой в одном из центров) пришелец должен избавиться от излишней энергии. Приливное взаимодействие со звездой и планетой здесь не поможет, поскольку приливная диссипация – эффект слишком слабый по сравнению с масштабом задействованных энергий.

Торможение в остатках околопланетного диска возможно, но этот диск присутствовал лишь на самой заре существования Солнечной системы и был короткоживущим. И, что особенно важно, попади в него Фобос и Деймос, их орбиты вскоре потеряли бы свою эллиптичность в результате сильной диссипации. По этой же причине их орбиты быстро утратили бы и наклонение по отношению к экватору. Между тем оба спутника сохранили некий остаточный эксцентриситет и некое остаточное наклонение. Добавим также, что без существенного эксцентриситета Фобос не сумел бы опуститься ниже синхронного радиуса. А если бы Фобос изначально был захвачен ниже этого радиуса, то он бы уже давно упал, влекомый приливными силами.

Существует еще один сценарий захвата, когда к планете приближается двойной астероид, и один из его компонентов захватывается, а второй «отстреливается», унося избыток энергии. Это не очень вероятный сценарий, и представляется еще менее вероятным, что у одной планеты он реализовался дважды.

Более правдоподобной версией является формирование Фобоса и Деймоса in situ, т. е. в окрестностях Марса. Как и в ситуации с захватом, здесь возникает проблема недолгой жизни спутника, оказавшегося ниже синхронного радиуса. Но в данном случае эта проблема решаема, если предположить, что Фобос и Деймос – фрагменты общего предка, большой луны, находившейся выше синхронного радиуса и развалившейся от столкновения с телом, прилетевшим извне.

В рамках такого сценария оказывается возможным появление какого-то количества мелких и двух крупных осколков, один из которых мог обладать достаточно большим эксцентриситетом. А наличие такового, как выясняется, позволяет спутнику «пробить» синхронный радиус. И этому сильно способствует вытянутая форма осколка (каковой формой как раз и обладает Фобос).

Еще одно очевидное обстоятельство, определяющее эффективность приливной диссипации в системе (а стало быть и утечки кинетической энергии), – это диссипативные свойства Марса и его лун. Грубо (очень грубо!) говоря, из чем более вязкого материала сформировано небесное тело, тем большей диссипацией сопровождается его деформация. И если у нас имеются некоторые представления о внутренней структуре и параметрах Марса, то в случае его спутников авторам работы пришлось рассматривать широкие диапазоны значений параметров, отвечающих за диссипацию.

В этом смысле путеводной звездой стал огромный кратер Стикни, расположенный на Фобосе и по размеру (9 км) сопоставимый с размерами самого спутника. Масштаб кратера свидетельствует о сильнейшем столкновении, пережитом этой луной. Такое столкновение разрушило бы Фобос, будь он кучей камней, стягиваемой лишь собственной гравитацией. Но если материал Фобоса обладает небольшим сцеплением и ведет себя как более или менее вязкая среда, он мог бы устоять при таком ударе, деформировавшись, но не разлетевшись. Это наблюдение помогло с оценкой степени диссипации в Фобосе (и в Деймосе – в силу их относительного внешнего сходства).

Интегрирование их орбит вспять во времени показало, что Фобос действительно прошел сквозь синхронный радиус, и что в прошлом (от 1 до 2,7 млрд лет назад – в зависимости от закладываемых в модель приливных параметров) орбиты Фобоса и Деймоса пересекались. Или почти пересекались с учетом крохотного различия в наклонениях. Это обстоятельство служит весомым аргументом в пользу предположения о том, что они являются осколками общего предка.

Но кто был их предком? Есть две возможности. Это тело могло сформироваться возле Марса из первоначального диска, а могло появиться несколько позже в результате мегаудара, выбросившего на околомарсианскую орбиту часть марсианской породы (примерно так же, как и с гипотетической Тейей, послужившей, по мнению ряда исследователей, причиной появления Луны у Земли). Но это уже совсем другая история.

Десятки лет ученые мечтали превратить спутники Марса в плацдармы для строительства колоний на планете, но до сих пор так и не смогли воплотить ни одну из идей. За годы изучения, спутники красной планеты завоевали славу проклятых миров. А все потому, что все попытки хоть как-то исследовать образцы из них, разбивались как стекло об асфальт.

Единственное устройство, которому удалось совершить посадку на Фобос, был советский аппарат «Фобос-2». Но уже через минуту связь с ним была потеряна навсегда. Однако прибор успел передать на Землю несколько снимков, которые сразу были засекречены.

Что или кого удалось сфотографировать аппарату? Почему возникла версия, что зонт могли сбить? И если это действительно так, то кто это мог сделать? И почему человечество узнало о спутниках Марса на 300 лет позже, чем о спутниках других планет, расположенных значительно дальше от Земли?