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Fobos (astronomía)

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Fobos
( Marte I)
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Fobos, tomado del Mars Reconnaissance Orbiter el 23 de marzo de 2008
Satélite de Marte
Descubrimiento 17 de agosto de 1877 [1]
Descubridor Asaph Hall [1]
Parámetros orbitales
(en ese momento el 1 de enero de 1950 [2] )
Semieje mayor 9 375 km [3]
Periareo 9 233,3 kilometros [4]
Apoareo 9516,65 km [4]
Circum. orbital 58 901 kilometros [4]
Periodo orbital 0,32 días [3]
(7 h 39 min) [3]
Velocidad orbital 2138 m / s [4] (promedio)
Respeto a la inclinación
en equat. de Marte
1,1 ° [3]
Respeto a la inclinación
al avión de Laplace
1.076 ° [5]
Excentricidad 0.015 [3]
Datos físicos
Dimensiones 27 × 22 × 18 km [1]
Diámetro medio 22,2 kilometros [6]
Superficie 1.5483 × 10 9 [7]
Volumen 5.729 × 10 12 [7]
Masa
1,07 × 10 16 kg [7]
Densidad media 1.872 × 10 3 kg / m³ [7]
Aceleración de gravedad en la superficie 0,0057 m / s² [7]
Velocidad de escape 41 km / h [7]
Período de rotación 7 h 39 min ( rotación síncrona ) [3]
Temperatura
superficial
~ 233 K ( −40 ° C ) [8] (promedio)
Presión atm nada [1]
Albedo 0.071 [9]
Datos de observación
Aplicación Magnitude. 11,8
Diámetro
aparente
desde Marte
8 ' [10] (min)
12 ' [10] (máx.)

Fobos (Φόβος, en griego , también conocido como Marte I [11] ) es el mayor y el más interior de los dos satélites naturales de Marte (el otro es Deimos ). Descubierto el 18 de agosto de 1877 por el astrónomo estadounidense Asaph Hall , [12] fue nombrado, por sugerencia de Henry Madan , por el personaje de la mitología griega Fobos , uno de los hijos de Ares y Afrodita . [13]

Órbita, menos de 6 000 km de la superficie de Marte , en 7 horas y 39 minutos. [14] Es el satélite natural conocido más cercano a su planeta y completa tres órbitas en el tiempo que le toma a Marte girar sobre sí mismo; cuando se ve desde Marte, se eleva por el oeste y se pone por el este . [15] Incluso tan cerca del planeta, con un diámetro de unos 22 km, [1] parece mucho más pequeño que la Luna vista desde la Tierra . [dieciséis]

Su origen y composición siguen siendo inciertos, podría ser un asteroide capturado o se formó al mismo tiempo que Marte o poco después debido a un impacto . [17] Es poco reflectante, de forma irregular y se parece a un asteroide carbonoso. El cráter Stickney de 8 km de diámetro es la característica más destacada de Fobos, [18] aunque los surcos que atraviesan la mayor parte de la superficie son bastante peculiares. [19] Desde los años setenta ha sido objeto de atentas observaciones por parte de sondas espaciales que orbitan alrededor de Marte, lo que ha permitido aclarar algunas dudas sobre su apariencia, su composición y su estructura interna.

Observación

Desde la Tierra

La observación de Fobos desde la Tierra se ve obstaculizada por su pequeño tamaño y su proximidad al planeta rojo . [15] Es observable solo durante un período limitado de tiempo cuando Marte está cerca de la oposición [20] y aparece como un objeto puntual, sin poder resolver su forma. [21] En esta circunstancia, Fobos alcanza una magnitud de 11,6. [10] A modo de comparación, Marte puede alcanzar una magnitud máxima de -2,8 [22] , lo que lo hace un poco menos de 600.000 veces más brillante. Además, la oposición Fobos se desvía en promedio 24,6 segundos de arco del planeta. [10] En consecuencia, es más fácil observar a Deimos , que se desvía de Marte 61,8 segundos de arco, mientras alcanza una magnitud de 12,8. [10] [23]

Para proceder a la observación de ambos satélites, en condiciones especialmente favorables, es necesario disponer de un telescopio de al menos 12 pulgadas ( 30,5 cm ). [23] [24] El uso de un elemento que oscurezca el resplandor del planeta y dispositivos de imagen como placas fotográficas o CCD , con exposiciones de unos pocos segundos, ayudará. [25]

De Marte

Deimos (izquierda) y Fobos (derecha), fotografiados por el rover Spirit desde la superficie de Marte

Fobos parece tan grande como un tercio de la luna vista desde la Tierra . [16] Dada su proximidad al planeta, la mejor vista se obtiene desde las latitudes ecuatoriales de la superficie de Marte y parece más pequeña cuanto mayor es la latitud del observador; [26] en cambio, es completamente invisible (siempre más allá del horizonte) desde latitudes superiores a 69 °. [14] [27] Alcanza una magnitud aparente máxima de −3,9 [10] en la oposición (correspondiente a una fase de Luna llena) con un diámetro angular de 8 '. [10]

Dado que Fobos completa una órbita en menos de un día marciano, un observador en la superficie del planeta lo vería elevarse por el oeste y ponerse por el este. Su movimiento sería muy rápido, con un período aparente de 11 horas (en 4.5 de las cuales cruza el cielo, elevándose nuevamente 6.5 horas después). [15] [28] Su apariencia, además, variaría debido al fenómeno de las fases , [26] cuyo ciclo se completa en una noche. [24]

También debido a su peculiar proximidad al planeta, Fobos es eclipsado por Marte, excepto por breves períodos cerca de los equinoccios , inmediatamente después de haber ascendido hasta poco antes de ponerse, permaneciendo como una sombra oscura errante durante la mayor parte de su trayectoria aparente del cielo marciano. [29]

Un tránsito de Fobos desde Marte , visto por el rover Curiosity el 28 de agosto de 2013

El diámetro angular del Sol visto desde Marte es de unos 21 '. En consecuencia, no pueden ocurrir eclipses totales en el planeta, porque las dos lunas son demasiado pequeñas para cubrir el disco solar en su totalidad. Por otro lado, desde el ecuador es posible observar los tránsitos de Fobos casi todos los días; son muy rápidos y tardan menos de medio minuto en completarse. [15] [30] En cambio, Deimos transita por el disco solar aproximadamente una vez al mes, pero el fenómeno, que dura aproximadamente un minuto y medio, [15] permanece apenas visible. [26]

Marte visto desde Fobos

Fobos está en rotación sincrónica con Marte , es decir, siempre muestra la misma cara al planeta, como la Luna a la Tierra . Así, desde esta cara, Marte siempre sería visible, alcanzando un tamaño de 42 ° (equivalente a unas 80 veces el de la Luna llena vista desde la Tierra). [31] En cambio, desde la cara opuesta sería posible observar periódicamente a Deimos . [32]

Además, como el de Fobos visto desde Marte, el aspecto de este último visto desde el satélite cambia según el ángulo de llegada de los rayos solares.

Historia de observaciones

Avances

La isla voladora de Laputa , de la novela de Swift, hogar de los científicos que describieron los movimientos de las lunas de Marte.

Las dos lunas de Marte fueron "descubiertas" antes en el mundo de la fantasía que en el real. Con un razonamiento tan lógico como absurdo, a principios del siglo XVII Kepler había planteado la hipótesis de que Marte podría tener dos satélites, sabiéndose entonces que el planeta que le precede tenía uno, la Tierra, y cuatro el inmediatamente siguiente, Júpiter. [33] [34]

En 1726 Jonathan Swift , probablemente inspirado por la hipótesis de Kepler, [35] en sus Viajes de Gulliver hizo que los científicos de Laputa describieran el movimiento de dos satélites que orbitan alrededor de Marte. [36] [37] Voltaire , presumiblemente influenciado por Swift, [38] proporcionó una descripción similar en su relato filosófico Micromega de 1752 . [39] En el momento de ambos, los telescopios no eran lo suficientemente potentes para detectar satélites tan pequeños como Fobos y Deimos. Se trata, por tanto, de licencias literarias, si no de una auténtica sátira hacia los científicos de la época. [40]

Descubrimiento

Asaph Hall descubrió Deimos el 12 de agosto de 1877 y Fobos el 18 de agosto siguiente (las fuentes de la época adoptan la convención astronómica, anterior a 1925 , de que el día comienza al mediodía ; en consecuencia, los descubrimientos se refieren al 11 y 17 de agosto respectivamente) con el Telescopio refractor de 26 pulgadas ( 66 cm ) de diámetro del Observatorio Naval de los Estados Unidos en Washington , [12] [41] [42] el más poderoso que existía entonces, inaugurado cuatro años antes. [43] Hall en ese momento estaba buscando sistemáticamente posibles lunas de Marte y para tener éxito había utilizado el micrómetro suministrado con el instrumento para filtrar la luz del planeta. [40] El 10 de agosto ya había visto una luna del planeta, pero, debido al mal tiempo, no pudo identificarla hasta los días siguientes. [44]

Asaph Hall , descubridor de Phobos y Deimos

Los nombres de las dos lunas, adoptados inicialmente con la ortografía Phobus y Deimus , fueron propuestos por Henry Madan [45] ( 1838-1901 ), "Science Master" en Eton y recuerdan los de los personajes de Fobos ( miedo ) y Deimos ( terror ) que, según la mitología griega , acompañó a su padre Ares , dios de la guerra, a la batalla. [13] Ares es el equivalente griego de la deidad romana Marte.

( GRC )

"Ὣς φάτο, καί ῥ 'ἵππους κέλετο Δεῖμόν τε Φόβον τε
ζευγνύμεν, αὐτὸς δ 'ἔντε' ἐδύσετο παμφανόωντα ".

( ES )

“Él [Ares] habló y ordenó al Terror y al Miedo que preparara sus corceles. Y él mismo vestía la brillante armadura ".

( Homero , Ilíada , libro XV, 119-120 )

Comentarios posteriores

El tamaño y las características orbitales de los satélites de Marte han permitido, durante mucho tiempo, su observación solo en ocasiones favorables, con el planeta en oposición y los dos satélites en condiciones de elongación adecuada, que ocurren aproximadamente cada dos años, con condiciones particularmente favorables. que ocurren aproximadamente cada dieciséis años. La primera configuración favorable ocurrió en 1879. Numerosos observadores de todo el mundo participaron en las observaciones con el objetivo de determinar las órbitas exactas de los dos satélites. [46]

El telescopio refractor del Observatorio Naval de los Estados Unidos utilizado para el descubrimiento y posteriores observaciones de los satélites naturales de Marte

En los siguientes cuarenta años la mayoría de las observaciones (más del 85% del total de las realizadas entre 1888 y 1924) se realizaron en dos observatorios estadounidenses, el Observatorio Naval de Estados Unidos y el Observatorio Lick , [46] con el objetivo, entre otros, para determinar la dirección del eje de rotación del planeta. [47] Entre 1926 y 1941 sólo continuó el Observatorio Naval, con 311 observaciones visuales. A partir de 1941, las observaciones se realizaron únicamente con la técnica fotográfica. [46]

En los siguientes quince años las búsquedas fueron escasas o nulas y se reanudaron en 1956, principalmente para identificar otros satélites. En 1945 Bevan P. Sharpless había detectado una aceleración de Fobos, que había sido teóricamente predicha por Hermann Struve a principios del siglo XX con estudios de mecánica orbital. [48] A pesar de esto, algunos astrónomos intentaron explicarlo como un efecto de las perturbaciones de la tenue atmósfera marciana . La información no recibió especial atención hasta que fue recogida por Iosif Šklovskij , quien en 1959 propuso la hipótesis de que Fobos podría ser un objeto hueco [49] y, especuló, un satélite artificial lanzado por una civilización alienígena presente en el planeta. en tiempos antiguos. [50] Esta hipótesis ganó cierta notoriedad y fue propuesta de nuevo en 1966 por el propio Shklovskij en el libro Vida inteligente en el universo escrito con Carl Sagan . [51] La controversia que lo acompañó condujo a nuevas observaciones astrométricas , que involucraron a ambas lunas, en las décadas de 1960 y 1970 , [46] [50] que confirmaron la aceleración orbital, pero la redujeron a solo 1.8 cm. Año en lugar de los 5 cm por año medidos inicialmente por Sharpless, que así reducidos podrían explicarse por los efectos de las mareas.

En 1988, junto con las misiones soviéticas del Programa Fobos , Kudriavcev y sus colegas realizaron observaciones. En los diez años siguientes, sin embargo, las dos lunas no estuvieron sujetas a ninguna observación, hasta 2003, cuando el Observatorio Lowell realizó observaciones muy precisas. [52]

Las observaciones espectroscópicas de Fobos y Deimos se han realizado desde finales de los años ochenta primero con la Instalación del Telescopio Infrarrojo , en el observatorio Mauna Kea , y luego con el Telescopio Espacial Hubble , comparando los datos obtenidos con los de los asteroides de clase C , P , D y T . Aunque se encontraron algunas similitudes, los resultados no fueron definitivos y no permitieron identificar la composición de las dos superficies. [53]

Las observaciones de radar fueron realizadas en 1989 por el observatorio Goldstone y en 2005 por el radiotelescopio de Arecibo . Para la capa superficial de regolito que cubre a Fobos una densidad de (1,6 ± 0,3) x 10 3 kg / m³ . [54] [55]

Por otro lado, Fobos no era un objetivo accesible para la óptica adaptativa del Very Large Telescope . [55]

Misiones espaciales

Primera imagen de primer plano de Fobos, tomada por la sonda Mariner 9 en 1971 desde una distancia de poco más 5000 kilometros

Difícilmente observable desde la Tierra, ha sido posible estudiar extensamente Phobos y Deimos solo gracias a la exploración espacial del planeta rojo . La primera sonda que fotografió a Fobos fue la Mariner 7 en 1969 . Las imágenes obtenidas no permitieron identificar ninguna característica de la superficie; en el mejor de ellos, identificado por las iniciales 7F91, Fobos ocupaba sólo cuarenta píxeles , lo que sin embargo permitía estimar su diámetro y su albedo . [56] [57] [58]

La siguiente misión fue la del Mariner 9 , que llegó a Marte en 1971 y encontró el planeta afectado por una tormenta de arena global que impidió la observación directa de la superficie marciana durante unos dos meses. Parte de este período se utilizó para realizar un estudio en profundidad de los dos satélites de Marte. [59] La nave recogió alrededor de un centenar de imágenes de Fobos - con una resolución máxima de 100 metros - que permitieron determinar su tamaño, forma y período de rotación, mejorar el conocimiento sobre su movimiento orbital e identificar sus principales características superficiales. . [60] [61] También se detectó la presencia de una capa de regolito en la superficie de ambas lunas. [62] En la mayor parte de su aproximación a Fobos, el Mariner 9 alcanzó una distancia de 5 710 km. [62]

Con las misiones Viking 1 y 2 de 1976 hubo un aumento adicional del conocimiento sobre ambos satélites, gracias tanto a las mejoras técnicas introducidas en los sistemas de recolección de imágenes, como a los pasajes más estrechos que los dos orbitadores realizaron sobre todo en Fobos. [63] Por primera vez, además, el estudio de los satélites naturales de Marte se situó entre los objetivos primarios durante la extensión de las misiones y no se superó la cantidad de datos recopilados durante los siguientes cuarenta años. [64] En particular, la superficie fue observada a alta resolución en el visible, infrarrojo y ultravioleta, detectando variaciones de color. Se determinaron la masa, [65] densidad y edad y composición de Fobos. Se identificaron las rayas (indicadas surcos en inglés ) tan características de la superficie lunar: cadenas de cráteres irregulares con un diámetro entre 50 y 100 m, muy compactos y orientados preferentemente en una dirección paralela al plano orbital de Fobos. Los datos recopilados llevaron a la hipótesis de que Fobos era un asteroide de tipo C capturado por Marte. [63]

Fobos tomada en 1977 por el Viking Orbiter 2 con el Ascraeus Mons al fondo

En 1988 , los soviéticos , con una gran participación internacional, [66] lanzaron dos sondas complementarias, llamadas Fobos 1 y 2 , para la exploración de Marte y Fobos . Después de realizar observaciones del medio interestelar en la fase de crucero y del planeta y sus lunas desde una órbita aerocéntrica , las sondas deberían haber realizado un sobrevuelo particularmente cercano en Fobos, pasando a solo 50 m de la superficie de la luna. Al mismo tiempo, cada uno lanzaría dos módulos de aterrizaje , de los cuales uno tendría la oportunidad de moverse "en saltos", mientras que el otro sería una plataforma fija. [67] [68] Fobos 1 se perdió durante la fase de crucero, Fobos 2 llegó a Marte, pero se perdió debido a un mal funcionamiento de la computadora [67] cuando estaba a menos de 100 km de la luna, en el sobrevuelo programado para el lanzamiento de el módulo de aterrizaje . La misión produjo resultados científicos notables, incluidos nuevos valores para la masa de Fobos y su densidad, imágenes de alta resolución de la superficie, [69] indicaciones de la presencia de un campo magnético interno débil [70] y evidencia indirecta (y no -definitivo [71] ) de la existencia de un toro de gas y polvo, probablemente liberado desde la superficie de Fobos, en correspondencia con la órbita de la luna. [71] [72] Aunque se han identificado las razones que llevaron a la pérdida de la misión, [73] algunos ufólogos han atribuido el episodio a la acción de un vehículo alienígena , del cual la sonda habría retomado la sombra. sobre la superficie del planeta en sus últimas fotografías. En realidad, la sombra observada en la superficie de Marte pertenecía a Fobos, deformada por la perspectiva particular determinada por el sobrevuelo cercano y por los tiempos de exposición de las cámaras. [74]

En 1997, Fobos fue observado por dos sondas estadounidenses, Mars Pathfinder , desde la superficie del planeta, y Mars Global Surveyor , desde la órbita. Para ambas sondas, lanzadas en 1996, Fobos era un objetivo secundario de oportunidad. En particular, en el caso del Mars Global Surveyor, la órbita operativa se alcanzó a través de una fase de aerofreno de cuatro meses, durante la cual la sonda realizó unas pasadas a varios miles de kilómetros de Fobos, adquiriendo imágenes de alta resolución de la superficie e intentando para determinar su composición espectroscópicamente . [75] Mars Pathfinder también realizó observaciones espectroscópicas de las dos lunas, obteniendo datos que desafiaron algunas conclusiones extraídas durante la década de 1970 y correlacionando Phobos y Deimos con asteroides tipo D. [76] En los diez años en los que Mars Global Surveyor ha estado activo, ya no ha podido observar directamente a Fobos, pero ha registrado repetidamente la posición de su sombra en la superficie de Marte, adquiriendo información útil para mejorar el conocimiento de la órbita de la luna. [77]

En 2001, la NASA lanzó un segundo orbitador marciano, el Mars Odyssey , para el que no preveía ninguna observación de Fobos o Deimos. Solo una actualización de software en 2017 le dio a la sonda la capacidad de reorientarse hacia la luna pequeña y detectar la temperatura en varios puntos de la superficie. [78]

Una notable mejora en la comprensión de Fobos se debió a la nave espacial Mars Express (MEX), [79] el debut europeo en la exploración de Marte. [80] A diferencia de los orbitadores estadounidenses, que se colocaron en órbitas de trabajo bajas, MEX (lanzado en 2003) se colocó en una órbita elíptica con una estrella más allá de la órbita de Fobos. En particular, cada cinco meses y medio la sonda habría realizado una serie de pases cerca de la luna, incluso con un riesgo distinto de cero de chocar con ella. [81] Por lo tanto, Fobos se incluyó entre los objetivos secundarios de la misión. [79] En la primavera de 2010 hubo una de las mejores series de encuentros, con diez pasos elevados a una distancia de menos de 1 000 km; en el curso del más estrecho la sonda transitó 77 km desde el centro de la luna, batiendo así el récord de 80 km que ostentaba hasta entonces el Viking Orbiter 1 . [81] [82] MEX realizó un sobrevuelo aún más estrecho el 29 de diciembre de 2013, pasando a solo 45 km del centro de la luna. [83] [84]

Fobos fotografiados por la sonda europea Mars Express

Mars Express permitió obtener nuevas estimaciones de la masa de Fobos, de sus dimensiones y, por tanto, de su densidad. También se ha estimado que el material que compone la luna tiene una porosidad del 30% ± 5%. El 75% de la superficie de Fobos se ha cartografiado con una resolución de 50 m / píxel. Esto hizo posible dibujar un mapa completo de las estrías y estimar la edad de Fobos usando el método de contar los cráteres. Mars Express no proporcionó datos concluyentes sobre el origen de la luna, pero encontró la presencia de minerales ricos en hierro y magnesio y, en las cercanías del cráter Stickney , arcilla . Estas observaciones apoyan la hipótesis de que Fobos está compuesto por el mismo material que compone el planeta y apoyan la hipótesis del impacto gigante. Finalmente, se determinó la órbita de Fobos con un error de 30 m sobre su posición. [85]

Cuando Mars Express ya no esté operativo y ya no se pueda maniobrar , a la larga se estrellará en Fobos. El impacto, cuya probabilidad se hace cierta en un período de tiempo entre 5 siglos y un milenio, generará una nube de escombros que habrá que tener en cuenta en la exploración de la luna. [86]

Desde 2005, el Mars Reconnaissance Orbiter ha estado en órbita alrededor de Marte , experimentando con un sistema de navegación alternativo basado en el apuntamiento óptico de Fobos y Deimos. [87] Durante su misión, todavía operativa en 2019, capturó imágenes de alta definición de la superficie de Fobos utilizando el instrumento HiRISE , un telescopio reflector de medio metro. [88]

En 2011, Rusia lanzó la sonda Fobos-Grunt que, después de entrar en órbita en Marte y hacer una serie de sobrevuelos cercanos a Fobos, se suponía que aterrizaría en su superficie en 2013 y recuperaría muestras de suelo que regresaría a la Tierra en 2014. Desafortunadamente, la sonda ni siquiera abandonó la órbita terrestre debido a un problema eléctrico y después de un año se estrelló contra el Océano Pacífico . [89] [90]

Impresión artística de la sonda de exploración de las lunas marcianas cerca de Fobos

Fobos ha sido objeto de observaciones ultravioleta desde una distancia de 300 km a través de la sonda estadounidense MAVEN , lanzada en 2013, que recorre una órbita elíptica con un periastro a solo 145 km de la superficie de Marte y un poco más allá de la órbita de Fobos. [91] La órbita recorrida por MAVEN, así como la de Mars Express , expone a la sonda al riesgo de chocar con Fobos; Se realizan periódicamente maniobras correctivas adecuadas para evitar que esto suceda. [92] La misión Mars Orbiter , lanzada por ISRO en 2013, también tiene la oportunidad de observar Fobos, aunque la contribución más significativa se hizo al observar la "cara oculta" de Deimos. [93]

Los rovers utilizados por la NASA para explorar la superficie de Marte han girado las cámaras hacia el cielo varias veces tanto durante la noche, para observar el movimiento de Fobos, como durante el día, para fotografiar los tránsitos de Fobos en el disco solar . Estas observaciones nos permiten mejorar nuestro conocimiento de la órbita de la luna. [94]

Misiones futuras

Fobos ha sido repetidamente indicado como un posible objetivo de una misión para recolectar muestras para regresar a la Tierra. JAXA (la Agencia Espacial Japonesa) planea lanzar Martian Moons eXploration (MMX) en 2024 para llegar a las dos lunas de Marte, recuperar muestras de la superficie de Fobos y traerlas a la Tierra en 2029. Un examen detallado de las muestras podría Resolver de una vez por todas el misterio de la formación de los satélites marcianos. [95]

Fobos también ha sido señalado como un posible objetivo de una misión humana, como paso preliminar de una misión a la superficie de Marte , del cual podría permitir establecer con mayor precisión costos, riesgos y factibilidad. [96] La misión a Fobos sería mucho más barata y, por lo tanto, factible años antes de una misión a Marte, considerando los límites presupuestarios a los que están sujetas las agencias espaciales nacionales. [97]

Parámetros orbitales y de rotación

Simulación de las órbitas de Deimos y Fobos

El movimiento orbital de Fobos es uno de los más estudiados entre los de los satélites naturales del sistema solar. [98] Fobos sigue una órbita prograda casi circular , inclinada 1.082 ° con respecto al plano ecuatorial de Marte. [2] [99] Con una distancia promedio del planeta de aproximadamente 9 380 km (equivalente a aproximadamente 1,75 veces el radio de Marte), la órbita de Fobos es más baja que una órbita aerosincrónica (el equivalente para Marte de una órbita geoestacionaria alrededor la tierra). Fobos, es decir, orbita más cerca del planeta rojo que un satélite geoestacionario alrededor de la Tierra, tanto en términos absolutos como proporcionales, es decir, relacionando las distancias en términos de los radios de los dos planetas. En consecuencia, Fobos completa una órbita en 7 horas y 39 minutos, más rápido de lo que Marte gira sobre sí mismo, en 24,6 horas. [14] Antes de su descubrimiento, no se conocía ningún satélite con esta característica y Fobos continuó siendo una excepción hasta que las sondas Voyager identificaron otros casos similares en el sistema solar exterior , como Metis . Fobos mantiene la primacía de ser el satélite natural más cercano a la superficie del planeta padre. [noventa y dos]

Como Deimos, está en rotación sincrónica con el planeta [14] [100] y en virtud de esto siempre gira la misma cara hacia la superficie marciana. El eje de rotación es perpendicular al plano orbital. [101]

La asimetría del campo gravitacional marciano le da a la órbita de Fobos un movimiento de precesión de los ábsides y una retrogradación de los nodos que se completa en aproximadamente 2,25 años. [102] Sin embargo, dado que la órbita es casi ecuatorial, su apariencia general ha cambiado poco. [99]

Fobos también sufre una aceleración estimada en 1.270 ± 0.003 × 10 −3 ° / año 2 , [103] [104] lo que determina una reducción constante de su órbita.

Imagen de Fobos tomada por la sonda Mars Express . Las rayas que corren a lo largo de la superficie son claramente visibles.

El destino de Fobos

La descomposición de la órbita de Fobos es de aproximadamente 1,8 centímetros por año, o 1,8 metros por siglo. [105] El fenómeno podría llevar a la luna a caer sobre el planeta en un tiempo de entre treinta y cincuenta millones de años. [106] [107] È tuttavia probabile che gli effetti mareali che lo determinano condurranno alla disgregazione della luna, portando alla formazione di un anello di detriti attorno a Marte ben prima di allora, quando, avvicinatasi maggiormente alla superficie, supererà il limite di Roche . [108] [109] [110]

Formazione

L'origine dei satelliti naturali di Marte è una questione ancora aperta, [111] [112] [113] che ha visto contrapporsi prevalentemente tre teorie. [114] I due satelliti potrebbero essersi formati per accrescimento nel processo che ha condotto anche alla formazione del pianeta Marte, potrebbero essere degli asteroidi catturati [115][116] oppure potrebbero essersi formati dopo l' impatto di un corpo vagante col pianeta. [111] La questione si potrebbe risolvere con una missione in loco o con una che preveda il campionamento del suolo con trasferimento dei campioni sulla Terra per un'analisi dettagliata delle loro caratteristiche mineralogiche . [114]

Ipotesi della cattura

Rappresentazione artistica di 90 Antiope , un asteroide binario. Fobos potrebbe essersi formato dalla cattura di un elemento di un tale tipo di asteroidi

Per aspetto, dimensioni e classificazione spettrale , Fobos e Deimos sono stati spesso associati agli asteroidi carboniosi ( di tipo C o D ) della fascia principale ; tuttavia asteroidi catturati dal pianeta difficilmente sarebbero venuti a trovarsi - pur nei tempi in cui è avvenuta la formazione del sistema solare - sulle attuali orbite percorse dai due oggetti, con eccentricità e inclinazioni quasi nulle. Avrebbero anzi potuto mostrare caratteristiche orbitali simili a quelle dei satelliti irregolari dei giganti gassosi . [17] Anche i dati sulla composizione e sulla porosità di Fobos ottenuti grazie alla sonda Mars Express sembrano incompatibili con l'ipotesi che Fobos sia un asteroide della fascia principale catturato dal pianeta. [3]

In letteratura sono stati proposti vari modelli per descrivere possibili processi che avrebbero condotto alla regolarizzazione delle due orbite, sebbene non abbiano fornito spiegazioni conclusive. Ad esempio, alcuni modelli riuscirebbero a giustificare la variazione della quota di apocentro di Fobos, ma non quella di Deimos [106] - piccolo e relativamente lontano da Marte. Altre difficoltà verrebbero incontrate nel giustificare i valori dell'inclinazione orbitale, a meno di non assumere che i due oggetti non percorressero già delle orbite eliocentriche fortuitamente prossime al piano equatoriale di Marte. [115][116] I risultati di simulazioni numeriche pubblicati nel 2018 da B. Hansen forniscono una possibile spiegazione: Fobos e Deimos potrebbero non corrispondere agli oggetti direttamente catturati da Marte, ma si sarebbero aggregati a partire da quelli, nelle ultime fasi di formazione planetaria ; ciò potrebbe giustificare anche il fatto che Fobos appaia come un agglomerato di massi. [17]

Altrimenti, secondo un'ipotesi avanzata da Geoffrey Landis nel 2009, Fobos e Deimos avrebbero potuto essere lune asteroidali di oggetti delle dimensioni di Cerere o componenti di asteroidi binari a contatto , che si sarebbero avvicinati al pianeta con una velocità d'eccesso iperbolico pressoché nulla. La separazione della coppia avrebbe quindi condotto alla cattura di uno dei due componenti. Il modello proposto da Landis è stato però utilizzato, peraltro dando esito favorevole, solo nella descrizione della cattura di Fobos. [112]

Ipotesi dell'accrescimento

I dati spettrografici rilevati dalla sonda Mars Express suggeriscono che il materiale di cui si compone la piccola luna risalga ai tempi della formazione planetaria ; Fobos quindi avrebbe potuto essersi formato contemporaneamente a Marte. Ciò giustificherebbe con semplicità anche i valori di eccentricità e inclinazione orbitale delle due lune. [3] D'altra parte, il meccanismo previsto per la formazione di satelliti regolari incontra alcune difficoltà, con i due oggetti che sembrerebbero essersi entrambi aggregati in prossimità dell' orbita areosincrona e quindi troppo vicini tra loro rispetto a quanto previsto dal modello.[116]

Un possibile alternativa è che le due lune nascano dal materiale di un precedente satellite regolare, che sarebbe andato distrutto a seguito di un impatto. [3]

Simulazione di un impatto astronomico; oltre a condurre alla formazione di un gigantesco cratere, l'impatto scaglia in orbita numerosi detriti che possono riaggregarsi in una luna

Ipotesi dell'impatto

Robert A. Craddock nel 2011 ha proposto che l' impatto di un terzo corpo con il pianeta potrebbe aver lanciato del materiale in orbita che, organizzatosi in un disco, si sarebbe poi riassemblato in una serie di piccoli oggetti, di cui Deimos e Fobos sarebbero gli ultimi superstiti. Il processo di aggregazione da un disco circumplanetario spiegherebbe bene i valori di inclinazione ed eccentricità delle orbite di entrambi mentre le condizioni di bassa gravità ne spiegherebbero le densità. [111] Già nel 1982, Schultz e Lutz-Garihan avevano in effetti ipotizzato, alla luce di alcune regolarità nei crateri di impatto presenti sulla superficie di Marte , che il pianeta fosse stato circondato da una serie di satelliti che, in una fase molto remota della sua storia, progressivamente impattarono sulla superficie. [117] A rafforzare l'ipotesi ha inoltre concorso il fatto che Mars Express abbia rilevato che la regolite in prossimità del cratere Stickney si componga di basalto e fillosilicati , minerali che potrebbero provenire dalla superficie di Marte. [113] La Vastitas Borealis è stata anche indicata da più soggetti come una possibile sede dell'impatto. In tal caso, l'evento sarebbe stato tanto potente da riorientare l'asse di rotazione del pianeta, portando il bassopiano nell'attuale posizione circumpolare. [118]

Tra le difficoltà presentate da questo scenario c'è il fatto che le due lune siano molto piccole e poco massicce. Come nel caso della formazione della Luna , l'impatto avrebbe potuto sollevare tanto materiale da condurre alla formazione di un satellite di dimensioni nettamente maggiori. [119] Una possibile spiegazione verrebbe offerta se l'impatto fosse avvenuto abbastanza precocemente durante la formazione di Marte . Il disco che si sarebbe venuto a formare, sarebbe stato parzialmente depauperato della sua massa dagli incontri ravvicinati che il pianeta avrebbe avuto con i planetoidi che costituivano la nebulosa solare. [17]

Caratteristiche fisiche

Massa e dimensioni

Fobos ha una forma irregolare, ben lontana da uno sferoide in equilibrio idrostatico ; le sue dimensioni sono pressappoco di 27 × 22 × 18 chilometri, [1] cui corrisponde un diametro medio di 22,2 km e un volume di 5 729 km³.

Secondo analisi del 2014 delle rilevazioni eseguite attraverso la sonda Mars Express , Fobos ha una massa di 1,0658 × 10 16 kg , [7] [120] circa un milionesimo di quella della Luna . Questo dato conduce a stimare per Fobos una densità di 1,872 × 10 3 kg/m³ , inferiore a quella tipica delle rocce. [7] La porosità del materiale che compone Fobos è compresa tra il 25 e il 35%. Anche così, si deve presumere che la luna contenga anche una certa percentuale di ghiaccio affinché possa essere ottenuto il valore stimato per la sua densità. [120] Fobos infine ha una gravità trascurabile, di soli 0,0057 m/s² , [7] quindi un uomo di 80 kg sulla superficie peserebbe solamente 46 grammi.

Nei modelli della struttura interna di Fobos, la sua massa è un parametro assai significativo che i ricercatori vorrebbero conoscere con elevata precisione. Purtroppo però si è osservato che i dati raccolti da missioni spaziali differenti, e anche durante fly-by differenti della stessa missione, hanno condotto a risultati piuttosto lontani fra loro. Questo è dovuto sia all'inaccuratezza ancora presente nella conoscenza dell'orbita di Fobos, sia al rumore nella misura. [121]

Composizione

Immagine ad alta risoluzione e in falsi colori del cratere Stickney catturata da HiRISE della sonda MRO. Nell'immagine sono evidenti le due tipologie di regolite presenti su Fobos, quella "rossa" e quella "blu"

La composizione di Fobos, così come quella di Deimos, non è nota e rimane una delle questioni aperte più dibattute tra gli scienziati che studiano la luna. Le osservazioni spettroscopiche della superficie, infatti, non hanno mostrato caratteristiche spettrali prominenti, ma fornito solo deboli indizi che non sono risultati conclusivi. [122] La composizione di Fobos è fortemente correlata al processo che ha condotto alla sua formazione. Se la luna si fosse aggregata a partire dallo stesso materiale che compone Marte, oggi dovrebbe avere una composizione molto simile a quella del pianeta. D'altra parte, se così fosse, dovrebbe aver subito nel frattempo un qualche processo di erosione spaziale che avrebbe reso ciò irriconoscibile. Se Fobos invece fosse stato catturato, allora potrebbe avere la stessa composizione degli asteroidi di tipo C [1] o di tipo D , cui è stato spettroscopicamente associato. [123]

Per quanto il dato della densità escluda che Fobos possa essere metallico o composto da silicati coesi, esso risulterebbe compatibile con varie combinazioni di materiali porosi e sostanze volatili e, di conseguenza, non permette di discriminare tra di esse. La luna, inoltre, è ricoperta da uno spesso strato di regolite, che contribuisce a mascherarne la composizione. La regolite sembra differenziarsi spettroscopicamente in due tipi: quella "rossa", apparentemente identica a quella presente anche su Deimos, e quella "blu", in prossimità del cratere Stickney. La relazione tra i due materiali non è nota: non è chiaro cioè se si tratta di due stadi temporali dello stesso materiale o di due materiali diversi. [124]

Determinare la composizione di Fobos e Deimos non è solo una questione accademica, perché se, ad esempio, fosse presente ghiaccio d'acqua e questo fosse relativamente vicino alla superficie, potrebbe essere estratto e utilizzato durante le missioni umane su Marte. [122] Studi teorici suggeriscono infatti che dovrebbe essere possibile trovare del ghiaccio a una profondità compresa tra 270 e 740 m all'equatore e tra 20 e 60 m in prossimità dei poli, [125] la cui sublimazione sarebbe stata impedita dalla regolite.

Struttura interna

È stato ipotizzato che Fobos, come gli asteroidi che presentano crateri da impatto di notevoli dimensioni (quali Gaspra , Ida e Mathilde ), non sia un corpo compatto, ma un agglomerato di rocce (modello descritto con la locuzione inglese rubble pile ), [126] con spazi vuoti macroscopici tra i blocchi e ghiaccio d'acqua che avrebbe riempito parte degli interstizi. [127] Il tutto sarebbe ricoperto dallo spesso strato di regolite , la cui profondità potrebbe essere anche di un centinaio di metri. [128] Questa struttura interna potrebbe spiegare sia il valore della densità media, [126] sia la capacità di resistere a impatti potenzialmente catastrofici, come quello che ha generato il cratere Stickney. [129] [130] La struttura ad agglomerato inoltre renderebbe Fobos deformabile sotto l'azione delle forze mareali esercitate dal pianeta; i movimenti interni non sarebbero direttamente visibili in superficie, nascosti dallo strato di regolite che si comporterebbe come una membrana cementizia elastica . [131]

A questo modello si affiancano delle possibili alternative, che si differenziano soprattutto per la quantità e la distribuzione di ghiaccio e vuoti nella struttura. Se Fobos fosse costituito da rocce porose come una spugna , sarebbe sopravvissuto all'impatto pur in assenza di grandi quantità di ghiaccio. Viceversa, se trovasse conferma l'ipotesi della cattura, Fobos potrebbe essere composto da un miscuglio di rocce e ghiaccio, con elevate percentuali di quest'ultimo. [132]

Superficie

In questa immagine di Fobos della NASA è visibile sia il cratere Stickney, sia le striature che percorrono la superficie

Fobos è un corpo molto scuro, con albedo geometrica pari solamente a 0,071. [9] La superficie, estesa quanto la metà del Lussemburgo , appare pesantemente craterizzata. La sua caratteristica più prominente è certamente il grande cratere Stickney , di circa 8 km di diametro, battezzato con il cognome da nubile della moglie di Asaph Hall (Angeline Stickney). [133] Ben 70 crateri hanno dimensioni superiore a 1 km e 26 maggiori di 2 km. La maggior parte dei crateri ha la forma di un paraboloide di rivoluzione o di una calotta sferica . [134] Sono state osservate anche alcune raggiere associati a piccoli crateri, che potrebbero indicare la presenza di ghiaccio d'acqua subito sotto la superficie. [135] Analizzando il numero dei crateri, è stata stimata un'età compresa tra 4,3 e 3,5 miliardi di anni per la superficie di Fobos, [136] tuttavia il dato potrebbe essere falsato dal fatto che l'evento che ha creato il cratere Stickney potrebbe aver prodotto una nube di detriti che sarebbe ricaduta successivamente su Fobos, generando ulteriori crateri. [137]

La superficie è ricoperta da uno strato di regolite , di cui - come detto - sono distinguibili due tipologie: una, detta "rossa" perché ha un'emissione spettrale più prominente nell'infrarosso, copre quasi interamente la superficie; l'altra, "blu", con un'emissione spettrale più uniforme alle varie lunghezze d'onda, è presente soprattutto in prossimità del cratere Stickney. [124] [138] Sono riconoscibili anche massi di grandi dimensioni, anche di un centinaio di metri di diametro. [139] Tra questi, c'è un piccolo monolito di poco meno di un centinaio di metri, il monolito di Fobos , situato a 15° Nord e 14° Ovest, pochi chilometri a est del cratere Stickney, che presenta un'albedo considerevolmente alta rispetto al resto del satellite e che in una fotografia del Mars Global Surveyor si erge dalla superficie e proietta un'ombra lunga. [140]

Immagine del monolito di Fobos ripresa da Mars Global Surveyor nel 1998

Tra le caratteristiche più particolari presenti sulla superficie di Fobos ci sono le striature (indicate come grooves in inglese): alcune famiglie di solchi paralleli, ciascuno formato da una serie di crateri allineati. Ciascuna famiglia non si estende per più di un emisfero ; è possibile individuare una regione di Fobos (la Laputa Regio [18] ) che ne è praticamente sprovvista e, ai suoi antipodi , una nelle quali esse si concentrano e sovrappongono. Le varie famiglie non sono parallele tra loro, ma sono tangenti, salvo errori di qualche grado, al piano orbitale di Fobos. Infine, in ciascuna striatura è possibile riconoscere una porzione centrale, più larga e nella quale i crateri che la compongono sono più fitti, e regioni periferiche, più sottili e nelle quali i crateri sono più radi. [19]

Scoperte nel 1976 nelle immagini acquisite con Programma Viking , furono inizialmente credute fratture prodotte dall'impatto che aveva originato il cratere Stickney oppure catenae di crateri prodotte da impatti secondari , sempre legate al cratere Stickney. Le immagini di migliore qualità ottenute nelle missioni successive dimostrarono in modo inequivocabile, tuttavia, l'inconsistenza di entrambe le ipotesi proposte. Non erano osservabili, infatti, né le distribuzioni radiali che avrebbero dovuto mostrare eventuali impatti secondari, né l'aspetto poligonale che si sarebbe manifestato se fosse stato fratturato un oggetto inizialmente monolitico. [19] L'ipotesi ritenuta a oggi più plausibile, che riesce a spiegare quasi nella loro totalità le caratteristiche osservate, è che le striature siano formate da impatti secondari di detriti ( ejecta ) lanciati nello spazio da impatti primari sulla superficie di Marte. [141]

Topografia

Le caratteristiche di superficie di Fobos hanno ricevuto nomi di astronomi o di personaggi de I viaggi di Gulliver , il romanzo di Jonathan Swift . In tutto sono venti le denominazioni ufficiali, di cui diciassette crateri, una regio ( Laputa Regio ), un dorsum ( Kepler Dorsum ), e una planitia ( Lagado Planitia ). [18] [142]

Fobos nella cultura

Copertina italiana del romanzo Le sabbie di Marte (1951)

Tra i primi riferimenti letterari a Fobos e Deimos vi sono alcune descrizioni del loro moto notturno osservato dalla superficie di Marte. Tra queste sono degne di nota quella molto accurata presente nel capitolo XXII del libro di fantascienza To Mars via the moon: an astronomical story di Mark Wicks del 1911 [143] e quella inserita da Edgar Rice Burroughs nel romanzo Sotto le lune di Marte del 1912. [144]

Nella trasposizione nella fantascienza, Fobos è talvolta rappresentato come sede di insediamenti umani stabiliti nella colonizzazione di Marte o successivi a essa. Nella Trilogia di Marte (1992-1996) di Kim Stanley Robinson , su Fobos è presente una base militare e la stessa luna diventa un'arma quando, ridotta in pezzi, viene scagliata contro la superficie. [145] In Phobos (2004) di Ty Drago una stazione di ricerca su Fobos è oggetto di attacchi da parte di una fiera autoctona, [146] mentre nel racconto The Wheels of Dream (1980), John M. Ford descrive la costruzione di una ferrovia circumlunare. [147]

Arthur C. Clarke ambienta su Fobos il racconto K. 15 ( Hide and Seek , 1949), nel quale un agente in fuga sfrutta l'agilità acquisita grazie alla bassa gravità della luna per difendersi dagli attacchi di un incrociatore; ne Le sabbie di Marte ( The Sands of Mars , 1951), invece, Fobos viene ignito come un secondo Sole per permettere l'agricoltura nel processo di terraformazione di Marte . [148] In un racconto più vicino ai giorni nostri, Daniel Logan immagina una spedizione statunitense su Fobos in The Phobos Expedition (2017), giocando sulle difficoltà incontrate dai russi nel raggiungere la luna. [149]

Un'altra trasposizione ricorrente vede Fobos essere un oggetto artificiale di origine aliena, come in Phobos, the Robot Planet (1955) di Paul Capon e L'enigma del pianeta rosso ( Secret of the Martian Moons , 1955) di Donald A. Wollheim, Mission to the Heart Stars (1965) di James Blish , [150] in Mezzogiorno. XXII secolo dei fratelli Arkadij e Boris Strugackij [151] e in Olympos (2005) di Dan Simmons . [152]

Fobos compare anche come ambientazione in diversi videogiochi di fantascienza. In Zone of the Enders: The 2nd Runner viene usato come piattaforma per un'arma capace di distruggere qualunque oggetto del sistema solare. [153] In Armored Core 2 , invece, è ambientata l'ultima missione del gioco, dove si scopre che il satellite non è naturale, ma è stato costruito da una civiltà extraterrestre e possiede un meccanismo di deorbitazione che va disattivato, in quanto potrebbe farlo schiantare sulla superficie e distruggere la colonia marziana. [154] In Unreal Tournament attorno a Fobos orbita una stazione spaziale che è terreno di battaglia per i giocatori. [155] Nel gioco Leather Goddesses of Phobos la piccola luna marziana è l'origine di una spedizione verso la Terra per schiavizzare l'umanità. [156] In RTX Red Rock da una stazione spaziale situata sulla superficie di Fobos iniziano le avventure del protagonista che deve difendere la colonia marziana da un attacco alieno. [157]

Note

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  102. ^ Per il moto di precessione degli apsidi è stata calcolata una velocità , , di 0,4352°/giorno; per la retrogradazione dei nodi una velocità, , di - 0,4358°/giorno, il cui segno negativo sottolinea il fatto che avviene in direzione retrograda, opposta rispetto a quella del moto della luna. Cfr. RA Jacobson , p. 676 , 2010.
  103. ^ Poiché l'accelerazione è un rapporto fra la velocità e il tempo e poiché la velocità, a sua volta, è un rapporto fra lo spazio percorso e il tempo, l'accelerazione può essere espressa come un rapporto fra lo spazio percorso e il quadrato del tempo. Nel SI l'accelerazione si esprime in m/s 2 . In questo caso, invece, lo spazio percorso viene espresso in gradi d'arco , ossia mediante il numero di gradi percorsi nell'orbita, mentre l'unità di misura del tempo è l'anno. Da qui l'unità di misura "°/anno 2 ".
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Bibliografia

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Pubblicazioni scientifiche (in inglese)

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

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  • ( EN ) ESA , Martian Moons: Phobos , su sci.esa.int , 22 marzo 2017 (Ultimo aggiornamento) . URL consultato il 19 gennaio 2019 . Descrizione di Fobos sul sito dell'ESA.
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