L'origine di Phobos e Deimos, le due lune marziane, è rimasta un mistero per gli astronomi. Questi due corpi sono una frazione delle dimensioni e della massa della Luna, misurando solo 22,7 km (14 mi) e 12,6 km (7,83 mi) di diametro. Entrambi hanno un periodo orbitale rapido, che impiega solo 7 ore, 39 minuti e 12 secondi (Phobos) e 30 ore, 18 minuti e 43 secondi (Deimos) per completare un'orbita attorno a Marte. Entrambi sono anche di forma irregolare, il che porta molti a ipotizzare che un tempo fossero asteroidi che sono stati espulsi dalla cintura principale e sono stati catturati dalla gravità di Marte.

C'è anche la teoria secondo cui Phobos e Deimos erano una volta una singola luna colpita da un oggetto enorme, causandone la divisione (ovvero "l'ipotesi di scissione"). In un recente articolo, un team internazionale di scienziati guidato dall'Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) ha rivisitato questa ipotesi. Hanno determinato che una singola luna in un'orbita sincrona non avrebbe prodotto due satelliti come li vediamo oggi. Invece, sostengono, le due lune si sarebbero scontrate in breve tempo, producendo un anello di detriti che avrebbe creato un sistema lunare completamente nuovo.

Il documento che descrive le loro scoperte è apparso di recente online e sarà pubblicato su The Planetary Science Journal . La ricerca è stata guidata dal Dr. Ryuki Hyodo, ricercatore presso il Dipartimento di Scienze del Sistema Solare dell'ISAS, una parte della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). È stato raggiunto da ricercatori dell'Earth-Life Science Institute del Tokyo Institute of Technology, del Paris Globe Institute of Physics dell'Universite de Paris e dell'Orbital Dynamics and Planetary Group dell'Università statale di San Paolo.

Come notato, l'argomento dell'origine delle lune di Marte è diventato un argomento di attualità caldo per gli astronomi negli ultimi anni. Storicamente, gli astronomi si sono appoggiati all'ipotesi della cattura, che afferma che Phobos e Deimos erano un tempo asteroidi di tipo D. Questi sono asteroidi composti da silicati ricchi di sostanze organiche, carbonio e silicati che non contengono acqua (anidra) che potrebbe avere ghiaccio d'acqua al loro interno. Questa ipotesi è in gran parte motivata da osservazioni che hanno rivelato somiglianze negli spettri tra gli asteroidi di tipo D e queste lune.

In alternativa, l'ipotesi dell'impatto gigante afferma che un dispositivo di simulazione ha colpito Marte, creando un anello di detriti attorno al pianeta che si è accumulato per formare due oggetti a cumulo di macerie. Questo è simile alla teoria più ampiamente accettata su come il sistema Terra-Luna si sia formato miliardi di anni fa a causa di un impatto con un oggetto delle dimensioni di Marte chiamato Theia (chiamato anche ipotesi dell'impatto gigante). Più recentemente, è stato proposto che Phobos e Deimos potrebbero non essere oggetti primordiali risultanti da una cattura o da un impatto, ma sono i resti di una luna primordiale che si è spezzata.

Questa teoria è stata soprannominata "l'ipotesi del riciclo della luna ad anello", che è stata avanzata in un articolo del 2021 da Amirhossein Bagheri et al. Secondo questa ipotesi, questa luna progenitrice fu fatta a pezzi da 1 a 2,8 miliardi di anni fa, da forze di marea o da un impatto. I detriti risultanti avrebbero formato un anello attorno a Marte che alla fine fu riciclato per formare Phobos e Deimos. Come hanno notato gli astronomi, questo modello presenta alcuni problemi, tra cui il fatto che Marte avrebbe ancora un sistema ad anello. Come il Dr. Hyodo ha spiegato a Universe Today via e-mail, lui e il suo team hanno notato che ci sono altri problemi:

"Studiando l'evoluzione delle maree delle lune indietro nel tempo, Bagheri et al. (2021) hanno trovato una soluzione per cui Phobos e Deimos potevano una volta avere orbite che si sarebbero incrociate. Questa è la loro prova:dicendo che Phobos e Deimos erano una volta luna che è stata divisa per formare Phobos e Deimos. Notare che se si modificano i parametri che controllano l'evoluzione della marea, le orbite di Phobos e Deimos in passato non si incrociano. L'idea di Bagheri et al. si basa sui loro parametri che hanno portato all'attraversamento orbitale in passato."

Per verificare questa ipotesi, il dottor Hyodo ei suoi colleghi hanno iniziato con l'assunto che Phobos e Deimos fossero un tempo un corpo unico. Hanno quindi condotto simulazioni numeriche che combinavano modelli geofisici e di evoluzione delle maree di un sistema satellitare Marte. Da questo, ha detto il dottor Hyodo, hanno stabilito che era altamente improbabile che Phobos e Deimos provenissero da un unico oggetto:

"Abbiamo quindi calcolato le successive evoluzioni orbitali delle lune nell'approccio diretto a 3 corpi (Marte-Phobos-Deimos), che può calcolare con precisione incontri ravvicinati, interazioni gravitazionali e collisioni tra lune. Abbiamo scoperto che le due lune molto probabilmente ( più del>90% per caso) si scontrano tra loro in un arco di tempo molto breve dopo la scissione (<10 ⁴ anni). Questo impatto è molto distruttivo (vale a dire, impatto ad alta velocità), e quindi le due lune (Phobos e Deimos) vengono distrutte in modo catastrofico."

In breve, se Phobos e Deimos fossero stati separati da un'unica luna progenitrice (da 1 a 2,7 miliardi di anni fa), si sarebbero scontrati entro 100.000 anni. Questo avrebbe lasciato Marte con un altro anello di detriti che sarebbe ancora lì oggi, piuttosto che i suoi due satelliti di forma irregolare che hanno una composizione simile a un asteroide. Questi risultati hanno rinnovato il dibattito sull'origine delle lune di Marte e suggeriscono anche che potrebbe non essere risolto fino a quando le missioni di ritorno del campione non saranno inviate per esplorare i satelliti marziani.

Diversi concetti di missione sono attualmente sul tavolo. Nel 2008, il Glenn Research Center della NASA ha iniziato a studiare una possibile missione di restituzione del campione nota come concetto di Hall. Questo concetto di classe New Frontiers eseguirebbe un ritorno di esempio da Phobos e Deimos. Nel gennaio 2013, gli scienziati della Standford University, del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e del Jet Propulsion Laboratory della NASA hanno iniziato a collaborare a una nuova missione Phobos Surveyor. La missione è attualmente in fase di test con una potenziale finestra di lancio nel 2023 e nel 2033.

Nel marzo 2014, la NASA ha proposto una missione di classe Discovery chiamata Phobos And Deimos &Mars Environment (PADME), che collocherebbe un orbiter nell'orbita di Marte entro il 2021 per studiare Phobos e Deimos. Si sta prendendo in considerazione un concetto storico chiamato OSIRIS-REx 2 che utilizzerebbe parti della prima missione OSIRIS-REx (una missione di ritorno del campione sull'asteroide Bennu) e condurrebbe una missione di ritorno del campione da Phobos e Deimos. Oltre alla NASA, anche altre agenzie spaziali sperano di inviare veicoli spaziali robotici per esplorare i satelliti marziani.

Nel 2015, la Japanese Aerospace Exploration (JAXA) ha svelato il suo concetto per una missione di ritorno del campione a Phobos nota come Martian Moons Exploration (MMX). Questa missione condurrebbe un sorvolo di Deimos prima di atterrare su Phobos più volte per ottenere campioni, in modo simile a quello che ha fatto la missione Hayabusa2 sull'asteroide Ryugu. Questa missione ha una portata internazionale, con il contributo della NASA e dell'ESA, ed è attualmente programmata per il lancio nel 2024 e il ritorno dei campioni sulla Terra cinque anni dopo.

La Russia prevede di ripetere il suo precedente tentativo di inviare una missione di ritorno del campione a Phobos chiamata Fobos-Grunt (in russo "Phobos Ground") alla fine degli anni '20. Nel 2015, l'ESA ha iniziato a valutare una missione di ritorno del campione a Phobos chiamata Phootprint, il cui lancio era previsto entro il 2024. Questa missione era stata originariamente concepita come uno sforzo di collaborazione tra l'ESA e Roscosmos, che da allora hanno terminato i loro accordi di cooperazione a causa della Russia invasione dell'Ucraina.

Da tutte queste proposte, è chiaro che più agenzie spaziali intendono esplorare le lune di Marte nel prossimo futuro. L'origine e la successiva evoluzione di queste lune sono considerate parte di un più ampio sforzo di esplorazione e caratterizzazione di Marte. Intanto il dibattito continua. + Esplora ulteriormente

L'orbita della luna marziana allude a un antico anello di Marte