火星的兩顆衛星都是撞擊的產物？

原標題：火星的兩顆衛星都是撞擊的產物？

這張合成圖像比較了從火星上看到的火星衛星大小（左）與從地球上看到的月球大小（右）。儘管月球比這兩顆衛星中較大的火衛一還要大一百倍左右，但由於火星衛星的軌道非常低，所以看上去大小差的沒有實際那麼多。上圖中兩顆火星衛星中左側較小的那顆為火衛二，右側較大的一顆則為火衛一，這兩張圖像都於2013年由NASA的火星探測器好奇號拍攝。

Credit: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems/Texas A&M University

美國西南研究院近期發布了他們關於火星衛星形成的猜測，他們認為火星衛星同月球一樣，誕生自一場強烈的撞擊，但與地月系統相比這場撞擊規模要小得多。他們建立了一個模型，模擬了原始火星與一顆矮行星大小的天體的相撞併產生了兩顆衛星的過程。

火星兩顆衛星的起源在過去幾十年間一直存有爭議。爭議的焦點主要在於這兩顆衛星到底是火星由於引力作用捕獲的現成小行星，還是在火星赤道平面內由碎片形成的。因為後者有著近圓和共面軌道的事實作為支撐，所以由天體撞擊而形成的赤道碎片盤理論看上去非常有希望，但這個理論的前期模型一度因為過低的數值解析度和過於簡化的建模技術而受到限制。

「我們的模型是迄今第一個能夠確定產生火星的兩顆衛星所需撞擊的模型」，西南研究院太空科學與工程部助理副主席，Robin Canup博士說。Canup是用大規模流體動力模型來模擬行星尺度撞擊的權威科學家之一，現在已被廣泛接受的月球形成模型中也有他的貢獻。 「這項研究得出的一項關鍵結果是撞擊天體的大小。我們發現撞擊天體的尺寸應該只與現知最大的幾顆小行星——穀神星，灶神星——體積相當，而非先前所想的巨型天體」，Canup說，「這個模型還預測兩顆衛星的組成材料應該主要來自於火星，所以它們的組成元素應該與火星相似。然而，由於撞擊過程中拋射物的升溫和火星較低的逃逸速度，水蒸氣應該在該過程中消散殆盡，所以如果這兩顆衛星是由撞擊形成的，它們應該非常乾燥。」

火星碰撞模型動畫

在月球的形成模型中，科學家推測應該是一個火星大小的天體在45億年前撞擊剛剛誕生不久的地球，碰撞產生的碎片隨後形成了月球。地球半徑大約為6371千米，而月球半徑大約為1738千米，地球的四分之一左右。可是儘管與月球在差不多的時間尺度中形成，火衛一與火衛二卻非常小（火衛一半徑11千米，火衛二半徑6千米，相比較火星半徑大約為3380千米），並且環繞火星運行的軌道要低很多。根據這些事實，科學家估計撞擊火星的天體大小應該介於灶神星（半徑約262千米）與穀神星（半徑約472千米）之間。

「我們頂尖的模型展示了一個有著所描述尺寸的撞擊天體是如何產生一個碎片盤並最終形成這兩顆衛星的」，這項研究論文的第二作者，西南研究院的Julien Salmon博士說，「碎片盤的外圍部分最終結合成了火衛一和火衛二，而內側部分結合成了更大的衛星並最終墜向火星並與其融為一體。像先前所認為的更大型的撞擊天體則會導致更大的碎片盤的產生，這樣內側部分結合成更大的衛星並使火衛一火衛二這樣的超小型衛星的存在成為不可能。」

撞擊形成火星衛星的模擬圖。

Credit: Robin Canup, 西南研究院

這些研究結果對日本宇宙航空研究開發機構的火星衛星探索（MMX）計劃來說是至關重要的。MMX預計將於2024年發射，並將攜帶一部由NASA提供的儀器。MMX的航天器將依次拜訪火星的兩顆衛星，並於火衛一的表面降落，收集樣本後於2029年返回地球。Canup說：「MMX任務的一項主要目標就是確定火星衛星的起源，我們的模型預測了如果衛星來自與其他天體的撞擊則會有怎樣的化學組成，這將為MMX任務提供一個很好的參照。」

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作者：Southwest Research Institute

翻譯：陸寅楓

校對：陳艷玲、汪榮鑫

via Imágenes del Universo

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