Единственный удар астероида может объяснить появление спутника Марса Деймоса

Деймос, меньший из двух спутников Марса и самый удаленный от него, имеет примерно овальную форму и глубокую впадину на южном полюсе. В отличие от своего спутника Фобоса, покрытого многочисленными шрамами, Деймос покрыт рыхлым слоем пыли и обломков — так называемым слоем реголита, — из-за чего он выглядит более гладким и пыльным. Хотя за последние десятилетия многочисленные космические зонды предоставили все более подробные изображения его поверхности, происхождение слоя мусора и впадины на южном полюсе остается неясным.

Именно здесь на помощь приходит новое исследование международной научной группы под руководством доктора Сабины Радукан в сотрудничестве, в частности, с Обсерваторией Лазурного берега, Аризонским университетом и Токийским университетом. До октября 2025 года Радукан была научным сотрудником отдела космических исследований и планетологии (WP) в Институте физики Бернского университета, а сейчас является менеджером научной программы в Международном институте космических наук и старшим научным сотрудником Брюссельского свободного университета.

С помощью компьютерного моделирования с высоким разрешением по методу «сглаженной гидродинамики частиц Берна» (Bern Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH) исследователи смогли показать, что характерная впадина у южного полюса Деймоса, скорее всего, образовалась в результате единственного не разрушающего планету столкновения с астероидом. Считается, что это столкновение также привело к образованию слоя реголита на Деймосе. Это исследование — первая научная публикация, в которой использованы данные, полученные в ходе пролета космического зонда ЕКА «Гера» мимо Деймоса.

Чтобы выяснить, как образовались впадина и структура поверхности Деймоса, исследователи использовали код Bern SPH, разрабатывавшийся в Бернском университете на протяжении двух десятилетий. Он предназначен для моделирования столкновений между астероидами, кометами или планетами. С помощью компьютерного кода Bern сталкивающиеся тела разбиваются на миллионы частиц, поведение которых во время удара контролируется взаимодействием различных изменяемых переменных, таких как гравитация, плотность и прочность материала. Этот метод также использовался для моделирования столкновения космического аппарата NASA DART с астероидом Диморф.

«Этот код работает на высокопроизводительном вычислительном кластере Бернского университета и является одним из немногих кодов, способных выполнять такого рода моделирование», — объясняет руководитель исследования Радукан, который также является сопредседателем рабочей группы по физике столкновений миссии ESA «Гера». В ходе многочисленных симуляций они варьировали размер, скорость и угол падения потенциального объекта, а также внутреннюю структуру Деймоса.

«Мы провели около сотни симуляций — каждая из них занимала около недели». Затем исследователи сравнили результаты симуляций с данными наблюдений космического зонда Европейского космического агентства. «Гера» будет детально изучать последствия столкновения зонда NASA DART с Диморфом и таким образом оценивать отклонение астероидов как потенциальный метод защиты Земли от столкновений с астероидами.

В марте 2025 года миссия «Гера» использовала облет Марса для так называемого гравитационного маневра, чтобы проложить курс к своей основной цели — Деймосу. Это была уникальная возможность: «Гера» наблюдала Деймос с близкого расстояния.

Однократное столкновение привело к образованию впадины на Деймосе и формированию структуры его поверхности

Результаты исследования однозначно указывают на один сценарий: астероид диаметром около 320 метров (1050 футов), столкнувшийся с поверхностью под углом 45 градусов, стал причиной образования наблюдаемой впадины на южном полюсе с ее размерами и формой. В то же время этот сценарий объясняет наличие тонкого слоя реголита, наблюдаемого по всей поверхности спутника. Во время столкновения большое количество материала разлетелось по поверхности, покрыв многие существующие геологические образования — в некоторых местах на глубину более 200 метров (650 футов).

«Таким образом, наше моделирование показывает, что одного удара было достаточно, чтобы кардинально изменить нынешний ландшафт Деймоса», — объясняет соавтор исследования Мартин Ютци из Отдела космических исследований и планетологии (WP) Бернского университета, который также является сопредседателем рабочей группы по физике столкновений с астероидами. «Удар был достаточно сильным, чтобы перераспределить материю по всему миру, но не настолько, чтобы расколоть Луну».

Сравнение модели с наблюдениями также показывает, что верхние слои Деймоса исключительно слабые, а его внутренняя структура очень пористая. Это привело к тому, что ударные силы были ослаблены.

«По своим физическим свойствам Деймос больше похож на так называемые астероиды-обломки, чем на спутник Земли, — говорит Радукан. — Но это не обязательно означает, что Деймос на самом деле является астероидом». Он также мог образоваться из материала, выброшенного при ударах о поверхность Марса.

Важные прогнозы для японской космической миссии

Хотя альтернативные объяснения наличия гладкой поверхности и южного бассейна на Деймосе остаются возможными, это исследование предлагает единое объяснение для обоих явлений и дает практические прогнозы, которые могут быть проверены в ходе будущих космических миссий. Например, Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) в настоящее время готовит миссию по исследованию марсианских спутников (MMX), запуск которой запланирован на 2026 год. Цель миссии — детально изучить два марсианских спутника и доставить образцы с Фобоса на Землю.

«Наше исследование дает важные и конкретные прогнозы для японской миссии MMX, касающиеся толщины и распределения слоя реголита, а также механических свойств материала Деймоса», — объясняет Радукан. «Это дает MMX более четкое представление о том, чего можно ожидать от его инструментов — и, в конечном счете, от сбора образцов».

На изображении:

Изображения Деймоса в сравнении с результатами численного моделирования.