Фобос е космическо тяло с неправилна форма и среден диаметър от около 22,2 километра. Неговата орбита обаче крие уникална аномалия, която предопределя трагичната му участ: той се върти около Марс на изключително близко разстояние – средно около 9 377 километра, като извършва една пълна обиколка за едва 7 часа и 39,2 минути. Това е един от малкото спътници в Слънчевата система, чийто орбитален период е по-кратък от времето, необходимо на самата планета да се завърти около оста си.
Тази скоростна орбита създава силен гравитационен конфликт. Гравитацията на Фобос предизвиква появата на малка приливна издутина върху повърхността на Марс. Тъй като луната се движи по-бързо от ротацията на планетата, тази издутина постоянно изостава зад сателита. Полученото гравитационно триене действа като невидима спирачка, която бавно отнема от орбиталната енергия на Фобос. В резултат на това спътникът пропада навътре към Марс със скорост от около 2 сантиметра на година. Макар тази цифра да изглежда нищожна за нас, в космически мащаби тя предизвестява сигурна смъртна присъда за Фобос.
Защо Фобос ще се разпаднеЗа да разберат кога и как ще настъпи краят на Фобос, планетарните изследователи Бенджамин Блек от The City University of New York и Тушар Митал от Университета Бъркли провеждат детайлни компютърни симулации, използвайки геотехнически модели, подобни на тези за мащабни подземни тунели на Земята. Техните анализи показват, че финалът няма да бъде директен сблъсък с повърхността, а по-скоро продължително разкъсване на Фобос в пространството.
Композитно изображение на Фобос, заснето от апарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) през 2008 г. Източник: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Устойчивостта на една луна пред гравитационните сили зависи от нейната плътност и състав. Данните от европейската сонда Mars Express разкриват, че Фобос е изключително крехък обект. Неговата плътност е едва 1,9 g/cm³. За сравнение, нашата Луна е с плътност 3.3 g/cm³. Структурата на Фобос е силно пореста и пълна с кухини, поради което често бива определян като „купчина космически отломки“, едва удържани от слабата собствена гравитация.
Химическият състав на Фобос наподобява примитивните въглеродни хондритни метеорити, които съдържат ронливи материали, органични съединения и около 10% вода. Освен това, в миналото си той е преживял колосален удар, причинил гигантския кратер Стикни (с ширина почти половината от диаметъра на самата луна), който е напукал из основи вътрешността му. Повърхностните бразди и линейни канали по спътника дълго време бяха смятани за пукнатини от този удар, но съвременните изследвания доказват, че това са своеобразни „стрии“ – видими следи от деформацията, причинена от нарастващия приливен натиск на Марс.
Достигане на границата на Рош и раждането на новия пръстенМоделите на Блек и Митал сочат, че пълното разпадане на Фобос и превръшането му в пръстен ще се случи след около 20 до 40 милиона години. Когато Фобос се приближи на критичното разстояние от около 3 400 километра над марсианската повърхност, той ще премине т.нар. Граница на Рош. Това е математическата линия, при която приливните сили на планетата стават по-силни от собствената гравитация и структурната здравина, които поддържат луната цяла.
В този момент балансът на силите ще бъде необратимо нарушен. Процесът на разпад ще започне изненадващо бързо. Първоначално приливните сили ще „съблекат“ стометровия повърхностен слой от ситен прах и реголит, натрупан от милиарди години метеоритни бомбардировки. В рамките на едва една седмица този прах ще се разпръсне по цялата орбита, обгръщайки Марс в широк пръстен.
Схематично изображение на бъдещето на Фобос. Източник: Nature Geoscience
По-късно вътрешното скално ядро на Фобос ще се разцепи на по-големи блокове и скални късове. Те ще продължат да се раздробяват от постоянните сблъсъци помежду си, докато образуват фин пръстен. Той ще бъде уникален – ще се намира изключително близо до планетата в сравнение с останалите пръстени в Слънчевата система и ще бъде много тъмен, тъй като материалите му не съдържат блестящ воден лед като тези на Сатурн. Според изчисленията, животът на новия марсиански пръстен ще бъде между 1 милион и 100 милиона години. Парчетата, които постепенно губят височина, ще започнат да падат под наклон към екватора на Червената планета, оставяйки след себе си верига от специфични издължени кратери.
Архитектурата на планетарните пръстениБъдещата трансформация на Марс не е изолирано явление, а фундаментален космически механизъм, който виждаме из цялата външна Слънчева система. Пръстените на Сатурн например, макар и съставени от 99.9% чист воден лед, според хипотезите на планетарния изследовател Робин Кануп също са останки от гигантска древна луна с размерите на Титан. При нейното спираловидно приближаване до външните ледени слоеве на планетата тя е била разкъсана от гравитацията, докато тежкото ѝ скално ядро е потънало в дълбините на самата планета.
При Юпитер ситуацията е различна – неговите четири фини и прашни пръстена се поддържат благодарение на малките вътрешни луни Метис, Адрастея, Амалтея и Тебе. Микрометеоритни сблъсъци постоянно избиват прахови частици от повърхността на тези сателити, захранвайки непрекъснато системата му от пръстени.
Уран разполага с 13 изключително тесни и тъмни пръстена, изградени от скален лед и сложни органични съединения. Те са забележително млади – на възраст под 600 милиона години. Компютърните модели показват, че са се образували от разпадането на по-стари вътрешни спътници, разбити при мощни сблъсъци с комети.
Инфрачервено изображение на Уран в продължение на два дни през юли 2004 г. Източник: Lawrence Sromovsky, University of Wisconsin-Madison/W.W. Keck Observatory
Нептун е обгърнат от пет прашни пръстена, между 20% и 70% от веществото на които е с размера на съвсем фини частици вследствие на унищожен на спътник. Най-външният му пръстен „Адамс“ съдържа пет плътни прахови дъги, които не се разсейват благодарение на гравитационния резонанс и ексцентричната орбита на луната Галатея.
Космическо минало и бъдещеАстрономите предполагат, че в своята ранна история Марс може би вече е преминавал през подобни цикли. На повърхността му са идентифицирани 258 елиптични кратера от обекти, ударили повърхността под много малък, кос ъгъл. Някои от тях може да са дело на древни марсиански луни, които са мигрирали навътре, разпаднали са се на кратки пръстени и накрая са бомбардирали планетата.
Земята също не е изключение от това правило. Преди 4,5 милиарда години, когато младата ни планета е била ударена от протопланетата Тея, колосално количество разтопена скална маса е изхвърлено в орбита, формирайки гъст пръстен. Около 10% от това вещество бързо се сгъстява и формира нашата Луна, а останалата част пада обратно на Земята в рамките на един ввк.
Професор Лий Ан Уилсън от Държавния университет в Айова посочва, че нашата Луна може да завърши живота си по същия начин, по който е започнала. В момента Луната се отдалечава от нас с около 4 сантиметра на година поради приливните сили. След около 5 милиарда години обаче Слънцето ще навлезе във фаза червен гигант и ще се раздуе драстично, поглъщайки Меркурий и Венера.
Ако Земята оцелее при този процес, нейната орбита ще преминава през силно разредената, но плътна външна слънчева атмосфера. Газовото съпротивление (драг) ще започне драстично да спира движението на Луната, карайки я спираловидно да пада обратно към Земята. Когато достигне земната граница на Рош, приливните сили на Земята ще разкъсат Луната на парчета. Така, милиарди години след раждането и изчезването на пръстена около Марс, нашата Земя отново ще се сдобие със своята величествена, макар и финална, пръстенова корона.