De strepen op het oppervlak van Phobos vertellen een verhaal over het scheurende interieur

[univers]

Groefvorming als reactie op het verval van de getijdenorbitaal van Phobos. (a) Lineaire depressies die het oppervlak van Phobos doorsnijden (ESA/DLR/FU Berlin). (b) Onze gesimuleerde Phobos is een zwakke puinhoop bedekt met een uitwendige regoliet die bestaat uit een samenhangende laag (blauw) omhuld door een ondiepe losse korrelige laag (wit), zoals gemarkeerd in de inzet. Blauwe pijlen geven getijdenkrachten aan die door Mars worden uitgeoefend, en rode vlekken vertegenwoordigen de 23 lokale gebieden die we hebben gesimuleerd. Onze simulaties dwingen de vervorming van deze plekken om de omvorming van Phobos na te bootsen terwijl deze naar binnen spiraalt. (c) Terwijl de cellen worden uitgerekt en samengedrukt (boven), treden breuken op, zoals aangegeven door abrupt versnelde regolietdeeltjes. (d) Een parallel patroon van groeven en bijbehorende ondergrondse breuken ontwikkelt zich over een regelmatige afstand. De faaloriëntatie staat over het algemeen loodrecht op de richting van de lokale hoofdtrekspanning. De morfologie en het patroon van deze extensionele depressies komen overeen met enkele lineaire groeven op Phobos. De getoonde gegevens zijn voor de patch gelegen op 60° N en 0° E met de cohesiesterkte cp = 36 kPa. Credit:Het Planetary Science Journal (2022). DOI: 10.3847/PSJ/ac8c33

Phobos, de binnenste maan van Mars met een diameter van 22 km, is een groovy lichaam. In tegenstelling tot zijn kleine broertje Deimos heeft Phobos een opvallend patroon van parallelle lineaire kenmerken ontwikkeld die over het oppervlak lopen. Deze groeven zijn een onderscheidend globaal kenmerk van Phobos, niet aanwezig op Deimos. Hoe ze zich hebben gevormd, heeft planetaire geologen meer dan veertig jaar met stomheid geslagen, sinds ze voor het eerst in geologisch detail werden afgebeeld door NASA's Viking-missies.

In een nieuw artikel gepubliceerd in The Planetary Science Journal hebben onderzoekers van Tsinghua University, University of Arizona, Johns Hopkins University en Beihang University een belangrijke stap gezet in de richting van het oplossen van dit raadsel. De nieuwe studie suggereert dat deze groeven oppervlakteuitdrukkingen zijn van onderliggende canyons die verborgen zijn in Phobos, wat vroege tekenen zijn dat de maan uit elkaar valt als gevolg van toenemende getijdenkrachten van Mars.

Afgezien van zijn vreemde lineaire markeringen, is een ander speciaal ding aan Phobos zijn baan, zo dicht bij Mars - slechts 6.000 km - dat getijden ervoor zorgen dat het met ongeveer 2 meter per 100 jaar naar binnen spiraalt. Mars trekt het naar beneden. Het snelle tempo van deze evolutie - er wordt voorspeld dat het over ongeveer veertig miljoen jaar op Mars zal botsen - heeft onderzoekers geïnspireerd om te veronderstellen dat de groeven striae zijn, gescheurd door de zwaartekracht van Mars.

Maar tot nu toe was het onmogelijk om aan te tonen dat zo'n oppervlakte-tektonische mechanisme zou kunnen werken. Het probleem met het idee van striae is dat het een wat sterkere buitenlaag vereist die breekt wanneer de vorm van Phobos eronder verandert. Phobos heeft een porositeit nabij het oppervlak van ten minste 40%, dus het lijkt onmogelijk om netwerken van grote spleten in een hoop pluizig stof te ondersteunen, zelfs bij een zwaartekracht van minder dan 1/1000 die van de aarde.

Met behulp van de meest gedetailleerde supercomputersimulaties van het probleem tot nu toe, onderzocht het team van Bin het idee dat los stof bovenop een enigszins samenhangende onderlaag rust, een materiaal dat ook zwak is maar voldoende sterk is om diepe scheuren te ondersteunen. Het losse stof loopt dan weg in die scheuren.

"Dit is de eerste keer dat miljoenen deeltjes worden gebruikt om expliciet het uitrekken en samendrukken van granulaire regoliet die getijdenevolutie ervaart te modelleren", zegt Bin Cheng van Tsinghua University die de nieuwe studie leidde. "Daarom kunnen we het model direct confronteren met waarnemingen van groeven op het Phobos-oppervlak." De nieuwe modellen komen goed overeen met de waarnemingen die tot nu toe zijn verkregen. Indien juist, dan uitgebreid terug in de tijd kunnen ze ons informeren over de vroege geschiedenis van Mars. Naar voren uitgebreid, kunnen ze voorspellen hoe Phobos zal evolueren terwijl het naar binnen spiraalt.

Bin en zijn team stelden de bovenste 150 m van het Phobos-oppervlak voor als twee rechthoekige stapels bestaande uit 3 miljoen korrels, waarbij de bovenste 50 m erg los was en de diepere korrels een lichte cohesie hadden. "Een soort sandwichkoekje", zegt Bin. Ze plaatsten deze rechthoekige stapels op verschillende locaties op Phobos, die de aardappelvormige maan voorstellen als een ellipsoïde. Hieruit berekenden ze de biaxiale spanning die door elke plek zou worden ervaren, terwijl het interieur van Phobos onder hen vervormde door het toenemende getij.

De resulterende structuren bleken qua grootte, afstand en oriëntatie een verrassende gelijkenis te vertonen met veel van de groeven die op de middelste breedtegraden van Phobos werden waargenomen, inclusief hun parallelle patronen en zelfs hun morfologieën van putjes tot geschulpte tot lineaire lijnen.

Het is niet te voorspellen dat alle groeven zich op deze manier zullen vormen, maar voor degenen die dat wel doen, geven de simulaties een duidelijk beeld van het proces. De getijdenspanning, naarmate deze toeneemt, opent parallelle, smalle spleten in het substraat. Dit veroorzaakt de afvoer van zwakker materiaal in de bovenste laag naar de diepere spleten, wat leidt tot de vorming en evolutie van complexe groefmorfologieën die verder kunnen evolueren, enigszins analoog aan spleten die zich vormen op een vervormende gletsjer, behalve hier vorming in droge stoffige regoliet, in microzwaartekracht , gedurende tientallen miljoenen jaren.

Om parallelle groeven te vormen, heeft het model een onderlaag nodig met een cohesie van minimaal 1 kilopascal. "Deze waarde is vergelijkbaar met die van nat zand op een strand", zegt Bin. "Het is moeilijk om je een zanderige kloof voor te stellen die 100 m diep en slechts 10 m breed is, maar dit is logisch als je denkt aan poederachtige materialen met extreem lage zwaartekracht."

De aanstaande Martian Moons eXploration (MMX) -missie van Japan, gepland voor lancering in het midden van de jaren 2020, met een lander, rover en monsterretour, zal veel meer licht werpen op deze raadselachtige en uiteindelijk vergankelijke maan. Wetenschappers verwachten dat Phobos binnen 20 tot 40 miljoen jaar uit zijn baan zal komen, wanneer de getijden hem volledig uit elkaar trekken en een ring vormen die van Mars de helderste planeet aan de hemel van de aarde zou kunnen maken. De nieuwe studie voorspelt dat deze ondergang al is begonnen en dat de oppervlaktegroeven en onderliggende canyons de eerste tekenen zijn.

"We hebben het geluk dat we er nu zijn, om het überhaupt te zien", zegt Erik Asphaug, die deelnam aan de analyse.

Volgens het nieuwe model is Phobos een precaire plek, een landschap dat dynamisch wordt getransformeerd door het openen en bewerken van korrelige spleten en het afvoeren van los materiaal in die scheuren, totdat de hele maan uiteindelijk uit elkaar valt.

Hoewel absoluut tragisch, kan deze sluipende vernietiging ook een kans bieden. Grotten, honderd meter of meer diep, zouden nieuwe plekken kunnen bieden om te verkennen - rekening houdend met hoe zwak de muren zouden zijn - en waar mensen apparatuur en voorraden kunnen beschermen tegen de straling en hitte en kou van de ruimte terwijl we op zoek zijn naar water en andere hulpbronnen rond Mars. En het openen van breuken zou in een andere zin een verkenningsgeschenk kunnen zijn, trillingen produceren die seismologie mogelijk zouden maken , van waaruit een toekomstige missie het mondiale binnenland in kaart zou kunnen brengen en zou kunnen leren hoe deze vreemde maan zich in de eerste plaats heeft gevormd.

https://phys.org/news/2022-11-phobos-su ... uring.html