Bude mít Mars za milióny let prstence podobně jako Saturn ?

Okolo Marsu obíhají dva malé měsíce, Phobos a Deimos. Vnitřním měsícem je Phobos obíhající mateřskou planetu ve vzdálenosti pouhých 9380 kilometrů. Žádný jiný měsíc ve sluneční soustavě svou planetu takto blízko neobíhá. A co víc, každých 100 let je Phobos o 2 metry blíže – měsíc je totiž gravitačním působením pozvolna přitahován k Marsu. Phobos nám tak umožňuje zkoumat, co se děje s měsícem, který je vystaven neustále narůstajícím slapovému působení mateřské planety. Dojde k rozpadu měsíce na malé úlomky, které budou obíhat okolo planety na oběžné dráze, nebo se měsíc zřítí na povrch planety? Nová studie naznačuje, že první varianta je správná. Phobos by se za 20 až 40 miliónů let mohl rozpadnout na velké množství úlomků, které vytvoří planetární prstenec obepínající rudou planetu. Mars se tak začne v určitém aspektu významně podobat Saturnu. 

Phobos je nepravidelný měsíc Marsu o velikosti 27×21,6×19,8 km, který obíhá Mars blíže než Deimos. Když byly v roce 1976  pořízeny sondou Viking 1 první fotografie povrchu měsíce, povšimli jsme si, že se na povrchu nacházejí zvláštní povrchové útvary v podobě lineárních rýh, tzv. grooves. Tyto rýhy jsou většinou okolo 20 kilometrů dlouhé, 100 až 200 metrů široké a okolo 30 metrů hluboké. Existuje několik teorií snažící se vysvětlit jejich vznik. Dříve bylo hojně preferováno vysvětlení, že vznikly dopadem materiálu, který byl vyvržen během vzniku impaktního kráteru Stickney ležícího na povrchu Phobosu. Nicméně zpětnou projekcí orientace všech rýh se zjistilo, že jejich průsečík se nenachází v impaktním kráteru Stickney, ale že je posunout kousek stranou.  Později se tak rozšířila teorie, že rýhy vznikly dopadem materiálu vyvrženého z povrchu Marsu během srážky rudé planety s cizím tělesem (respektive původní studie zde). Nicméně před pár dny byla představena nová teorie, která vylučuje spojitost rýh se vznikem impaktních kráterů. Teorie na místo toho říká, že rýhy představují první známky rozpadu měsíce díky slapovým silám produkovaných působením Marsu. Rýhy by tak vlastně měly představovat měsíční strie!

Mapa rýh na povrchu Phobosu. Obrázek pochází ze studie Murray a Heggie (2014). Všechna práva vyhrazena.

Terry Hurford, jeden z vědců razící novou teorii, vysvětluje, že tyto měsíční strie by měly vznikat jako výsledek deformace Phobosu slapovými silami. Samotná myšlenka není úplně nová, vědci si s ní pohrávali již v 70. letech 20. století po obdržení fotografií ze sondy Viking 1. Phobos byl tehdy považován za pevné těleso tvořené kompaktními horninami, a tak se nedostálo této teorii velké pozornosti. Když se totiž vědci pokusili spočíst, jak silné by vlivem slapového působení vznikalo napětí uvnitř měsíce, zjistili, že naprosto nedostatečné k tomu, aby na povrchu měsíce pozorovali nějaké projevy. Napětí bylo tak slabé, že by nebylo schopno rozlomit kompaktní horniny. Nicméně od 70. Let 20. Století se poměrně zásadně proměnil náš pohled na to, co se skrývá uvnitř Phobosu. Významně k tomu pomohla měření pořízená evropskou sondou Mars Express, která stále operuje na oběžné dráze planety.

V současnosti totiž předpokládáme, že vnitřek Phobosu tvoří nesoudržné horniny, v podstatě suť hornin plná pórů vyplněných ledem, která k sobě drží díky působení mikrogravitace. Tato suť je pak přikryta vrstvou regolitu (jemnozrnného nezpevněného sedimentu) o mocnosti okolo 100 metrů, který dává měsíci na první pohled vzhled celistvého tělesa. Když se vědci pokusili spočíst vliv slapového působení na měsíc, který je tvořen jen mírně soudržným materiálem, zjistili, že vzniklé napětí je již dostatečné k porušování povrchu. Dle jejich výsledků by mělo docházet na povrchu měsíce k praskání (a to přes to, že regolit se chová jako elastický materiál). Vědci se tak domnívají, že rýhy jsou vlastně projevy praskání povrchu. Krása této teorie je pak v tom, že se jí daří i vysvětlit různé stáří rýh. Tedy problém, se kterým si ostatní teorie nevěděly rady. Jelikož je praskání povrchu proces, ke kterému dochází průběžně, jednotlivé rýhy mohou vznikat postupně. Mohou se tedy vzájemně překrývat, takže starší rýhy mohou být přetnuty mladšími.

Pohled na severní pól Phobosu. Jak vidno, měsíc je silně poset impaktními krátery a sérii rýh. Snímek pořídila evropská sonda Mars Express. Zdroj: ESA/DLR/FU Berlin, licence CC BY-SA IGO 3.0.

Je tedy vidět, že povrch měsíce reaguje na slapové působení Marsu již nyní. Nicméně jaký bude osud Phobosu do budoucna? Víme, že každých 100 let se Phobos přiblíží k Marsu o další 2 metry, takže slapové působení bude neustále narůstat. Rozpadne se kvůli nárůstu slapového působení měsíc na kusy, nebo slapové síly nebudou dost silné k tomu, aby rozervaly měsíc na kusy? (Kdyby nebyly dostatečně silné, v budoucnosti by se Phobos zřítil na povrch Marsu jako celistvé těleso). Na základě nové představy vnitřní stavby Phobosu se zdá, že správná bude první varianta. Vědci totiž spočetli, že jakmile se měsíc přiblíží k Marsu na vzdálenost 5423 kilometrů, tak bude rozerván slapovými silami. Na počátku bude z měsíce vyvrženo několik velkých fragmentů, které se začnou s měsícem vzájemně srážet. Tím bude docházet k rychlé produkci menších částí hornin, které se začnou rozprostírat v oblasti oběžné dráhy měsíce. Vědci odhadují, že tato fáze rozpadu měsíce bude poměrně rychlá – celý měsíc by se měl rozpadnout po 50 až 130 obězích okolo Marsu.

Za 20 až 40 miliónů let tak začne okolo Marsu vznikat planetární prstenec, který bude tvořen ze zbytků Phobosu. Mars tak bude v dalekohledu po dobu jednoho až sta miliónů let vypadat tak trochu jako Saturn. Ve sluneční soustavě tak bude další planeta s prstencem. 

Zdá se, že samotná studie může mít ještě zajímavý přesah. Stejnému osudu jako Phobos totiž čelí i Neptunův měsíc Triton. Také on se pozvolna přibližuje ke své mateřské planetě, na kterou se buď jednou zřítí, anebo se rozpadne na jeho oběžné dráze. A co víc, na jeho povrchu byly pozorovány podobné rýhy jako na Phobosu…