על פי מחקר חדש שהופיע בכתב העת המדעי מדעי הגיאוגרפיה של הטבע , לגדול מבין שני הירחים של מאדים (פובוס) יש מסלול שלוקח אותו דרך זרם של חלקיקים טעונים (יונים) הזורמים מהאטמוספירה של הכוכב האדום. תהליך זה מתרחש כבר מיליארדי שנים כאשר כוכב הלכת איבד לאט את האטמוספירה שלו, ובעצם ביסס תיעוד של שינויי האקלים של מאדים על פני השטח של פובוס.
המחקר הזה סיפק תמריץ נוסף להנחתת משימה על פובוס, דבר שמעולם לא נעשה בהצלחה. למעשה, משימה זו יכולה לאסוף נתונים לדוגמה שיאפשרו למדענים ללמוד את הרשומה הזו מקרוב יותר. תוך כדי כך, הם יוכלו ללמוד הרבה יותר על איך מאדים הפך מעולם חם יותר עם מים נוזליים לסביבה הצחיחה והקרה ביותר שהיא כיום.
על פי המחקר, שנערך על ידי חוקרים מ- המעבדה למדעי החלל (SSL) באוניברסיטת קליפורניה בברקלי (UC Berkeley), האטמוספירה של מאדים החלה לאבד לאט לאט חלקיקים טעונים לחלל (חמצן, פחמן, חנקן וארגון) מאז שהשדה המגנטי שלה נעלם לפני מיליארדי שנים. כך הפך מאדים לכוכב לכת צחיח וקפוא במיוחד, עם אטמוספירה של פחות מ-1% מזו של כדור הארץ.
תמונה של פובוס שצולמה על ידי מצלמת HiRISE במסלול סיור מאדים (MRO) של נאס'א במרץ 2008. קרדיטים: נאס'א/JPL-Caltech/אוניברסיטת אריזונה
חלק מהיונים הללו פגעו בפובוס, ולכן יכלו להישמר בשכבה העליונה של פני הירח. כפי ש קוונטין ננון , חוקר ב- המעבדה למדעי החלל באוניברסיטת ברקלי והמחבר הראשי של המחקר, הסביר ב-NASA לאחרונה ידיעה לתקשורת :
'ידענו שמאדים איבד את האטמוספירה שלו לחלל, ועכשיו אנחנו יודעים שחלק מזה הגיע לפובוס. עם דגימה מהצד הקרוב, יכולנו לראות ארכיון של אטמוספירת העבר של מאדים בשכבות הדגן הרדודות, בעוד עמוק יותר בגרגר נוכל לראות את ההרכב הפרימיטיבי של פובוס'.
פובוס תמיד היה מקור למחלוקת גדולה עבור מדענים. כמו התאום שלו, דימוס, יש הרבה שאלות לא פתורות לגבי מאיפה הם הגיעו. יש הסבורים שהם אסטרואידים גדולים שנבעטו מהחגורה הראשית בעבר ונלכדו על ידי כוח הכבידה של מאדים. אחרים הציעו שהם נוצרו מאותו חומר כמו מאדים, בעוד שאחרים עדיין משערים שהם נוצרו מפסולת שנבעה מפגיעה מסיבית.
כיום, שני הלוויינים הללו מקיפים את כוכב האם שלהם מקרוב מאוד ויש להם תקופות מסלול קצרות מאוד. בעוד שלפובוס, הקרוב מבין השניים, לוקח רק יותר מ-7 וחצי שעות להשלים מסלול, לדימוס לוקח בערך 30 שעות. בנוסף למקורם, ישנן גם שאלות רבות בנוגע להיסטוריה שלהם מאז שנפלו למסלול סביב מאדים (כפי שמצביעים על המכתשים והחריצים הליניאריים הרבים של פובוס).
Phobos ו-Deimos, שצולמו על ידי Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), הם ירחים זעירים בעלי צורה לא סדירה שהם כנראה אסטרואידים שנלכדו. קרדיט: נאס'א
במשך שנים, מדענים דנו האם דגימות שהתקבלו מפני השטח של פובוס יכולות לחשוף מידע על מאדים מוקדם. תרגול זה, שבו לומדים ירחים כדי ללמוד יותר על גוף אב, הוא מסורת ותיקה עבור מדענים וגיאולוגים פלנטריים. הירח, למשל, סיפק למדענים תיעוד שמור היטב של עברו הרחוק של כדור הארץ.
בתקופת אפולו, אסטרונאוטים החזירו דגימות של סלעי ירח שסיפקו תובנה לגבי מקור הירח, התפתחותו וכיצד גופים קטנים יותר הפיצו יסודות מסוימים (כמו מים) ברחבי מערכת השמש. במהלך הפצצה כבדה מאוחרת . תקופה זו (לפני כ-4.1 עד 3.8 מיליארד שנים) התאפיינה בכך שכדור הארץ ושאר כוכבי הלכת הסלעיים חוו רמה גבוהה באופן לא פרופורציונלי של פגיעות אסטרואידים.
מכיוון שפובוס נעול בגאות למאדים - כלומר הוא תמיד מראה את אותו צד לכוכב הלכת - הסלעים בצד הקרוב של פובוס נחשפו לחלקיקים אטמוספריים מיוננים ממאדים במשך אלפי שנים. מאז ספטמבר 2014, MAVEN אוספת נתונים על האטמוספירה של מאדים כדי לעזור למדענים לקבוע כיצד ומתי היא אבדה לחלל, וכן לספק תובנות לגבי התפתחות האקלים של כוכב הלכת.
במהלך שלה המשימה העיקרית , MAVEN היה חוצה את מסלולו של פובוס כחמש פעמים ביום, ומאפשר לו לאסוף נתונים על החלקיקים המיוננים המקומיים עם הרכב יונים על-תרמיים ותרמיים מכשיר (סטטי). תוכנן ונבנה על ידי מהנדסים ב-UC Berkeley, STATIC מודד את האנרגיה הקינטית והמהירות של החלקיקים הנכנסים כך שמדענים יוכלו לחשב את המסה שלהם.
כדי לטפל בזה, אנדרו פופה - מדען מחקר שותף ב-SSL (ומחבר שותף במאמר) - וחוקר SSL עמית שאנון קארי ערך א ללמוד בשנת 2014 שחזו מה MAVEN עשוי למצוא. באמצעות מודל ממוחשב של סביבת היונים שנוצרה מסביב למאדים באמצעות אובדן האטמוספירה שלו, הם קבעו כי פובוס יושפע ו(יותר חשוב מכך) שניתן למדוד את ההשפעות הללו.
בשנת 2019, כאשר ננון הצטרף ל-SSL, הוא הצטרף לפופה ועמיתיו כדי להסתכל על נתוני המשימה של MAVEN ולראות אם זה אישר את מה שהדגם ציין. כפי ש שטרנס הגיב:
'מה שקוונטין עשה הוא לבצע חקירות שעשינו בירח ובירחים אחרים של מערכת השמש ויישמנו את אותן שיטות על פובוס בפעם הראשונה. מה שראינו בדגימות אפולו הוא שהירח תיעד בסבלנות אטומים בודדים המגיעים מהשמש ומכדור הארץ. זה שיא היסטורי ממש מגניב'.
לאחר בחינת נתוני משימת MAVEN שנאספו על ידי STATIC, Nénon וצוות המחקר הצליחו למדוד את היונים במסלולו של פובוס ולקבוע אילו הגיעו ממאדים - בניגוד לשמש (שהמסה שלהם בדרך כלל נמוכה יותר). מכאן, הם הסיקו שהצד הפנימי של פובוס נתון ליונים פי 20 - 100 מהצד החיצוני שלו ושאפשר למצוא את היונים הללו כמה מאות ננומטרים מתחת לפני השטח.
במילים אחרות, משימת נחיתה יכולה להתמקם על פני השטח של פובוס, לחפור לא יותר מחלק מרוחב של שערה, ולקבל דגימות יקרות ערך כדי לשלוח בחזרה לכדור הארץ. זה מה שהסוכנות היפנית לחקר החלל (JAXA) מתכוונת לעשות עם התוכנית הקרובה שלהם חקר ירחי מאדים (MMX) נוחתת משימת החזרה לדוגמה שתחקור את מקורותיו של פובוס (מתוכנן להשיק עד 2024).
Nénon ועמיתיו מקווים שהניתוח של מדידות MAVEN יוכל לעזור ל-JAXA לקבוע היכן עליהם להתייצב. 'עם דגימה מהצד הקרוב', ננון אמר , 'יכולנו לראות ארכיון של אטמוספירת העבר של מאדים בשכבות הדגן הרדודות, בעוד עמוק יותר בגרגר נוכל לראות את ההרכב הפרימיטיבי של פובוס.'
אם MMX היה נוחת על הצד של הירח שפונה תמיד למאדים (הצד הקרוב שלו), אמר ננון, הדגימות שהוא מחזיר יכולות לחשוף הרבה יותר מהמקור של פובוס. הם יכולים גם לחשוף כיצד מאדים עשה את המעבר מכוכב לכת חם ורטוב יותר עם נהרות, אגמים ואוקיינוס על פניו למה שאנו רואים שם היום.
מחקר זה מומן בחלקו על ידי משימת MAVEN (בפיקוח אוניברסיטת קולורדו בולדר ומדענים פלנטריים מנאס'א גודארד) וצוותים הקשורים לנאס'א מכון וירטואלי לחקר מערכת השמש (שרת).
