perjantai 27. marraskuuta 2015

Phobos pirstoutuu muutamassa kymmenessä miljoonassa vuodessa

Phobos on kooltaan 26,8 × 22,4 × 18,4 km
ja se kiertää Marsia 9376 km
keskietäisyydellä. Phobosin pyörähdysaika
on lukkiutunut kiertoaikaan, joten se
kääntää aina saman puolen kohti Marsia.
Kuva NASA / JPL-Caltech / University of Arizona.
Mars-planeetalla on kaksi pientä kuuta: Phobos ja Deimos. Yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Asaph Hall havaitsi molemmat kuut vuonna 1877. Etenkin Phobos on poikkeuksellinen kuu, sillä se kiertää nopeammin kuin mitä Mars pyörii itsensä ympäri. Phobosin kiertoaika on vain 7 h 39,2 minuuttia.

Nopeasta kiertoajasta syntyy ehkä hieman odottamaton ilmiö: Phobos menettää energiaansa vuorovesivoimasta johtua. Energian menetys näkyy siinä, että uusimman tutkimuksen [1] mukaan sen kiertorata vajoaa noin 2 metriä vuodessa. Radan vajoamisen seurauksena Phobos lähestyy Marsin Rochen rajaa[2], joka merkitsee viimeistään tässä vaiheessa pirstoutumista.

Tarkkaan ottaen pirstoutuminen riippuu kuun sisäisestä rakenteesta. Jos kuu on monoliitti (yhtenäinen kappale) koheesiovoimat jaksavat pitää Phoboksen koossa Rochen rajan sisäpuolelle asti. Jos Phobos on vain kasa soraa, pirstoutuminen alkaa jo ennen Rochen rajaa. Jotkut tutkijat näkevät jo nyt Phoboksessa selviä merkkejä pirstoutumisen alkamisesta vaikka Black ja Mittal laskevat pirstoutumisen tapahtuvan 20–40 miljoonan vuoden kuluttua.

Phoboksen pirstaloitumisen seurauksena Marsin kiertoradalle muodostuu kivistä ja pölystä koostuva rengas. Rakenteellisesti se poikkeaa esimerkiksi Saturnuksen renkaista, jotka ovat enimmäkseen vesijäätä.  Erilaisesta koostumuksesta johtuen Marsin renkaat eivät ole kovinkaan kirkkaat ja niiden näkeminen Maasta näkyvässä valossa on mitä todennäköisimmin lähes mahdotonta. Infrapunaisessa valossa rengas kuitenkin näkynee suhteellisen helposti, jos maapallolla silloin on teknisesti kehittynyt kulttuuri havaintoja tekemässä.

Huomautukset

[1] Tohtori Benjamin Black ja opiskelija Tushar Mittal (molemmat Department of Earth and Planetary Science, University of California, Berkeley, Berkeley, California 94720, USA) julkaisivat tutkimusselostuksen Nature Geoscience -tiedelehdessä 23.11.2015 ilmestyneessä numerossa otsikolla ”The demise of Phobos and development of a Martian ring system”.

[2] Rochen rajasta käytetään myös nimityksiä Rochen pinta tai Rochen säde. Rochen rajan läheisyydessä tapahtuva pirstoutuminen johtuu siitä, että planeetan aiheuttama vuorovesivoima lähestyvässä kappaleessa on voimakkaampi kuin kappaletta koossa pitävä gravitaatio ja koheesiovoimat yhteensä. 

Matemaattisesti Rochen raja on suoraan verrannollinen planeetan säteeseen ja planeetan ja lähestyvän kappaleen tiheyksien suhteen kuutiojuureen



  tai






jossa

d = Rochen raja
RM = planeetan säde
rM = planeetan tiheys
rm = lähestyvän kappaleen tiheys.
MM = planeetan massa
Mm = lähestyvän kappaleen massa.

Maapallolla lähestyvälle komeetalle Rochen raja sijaitsee noin 17 887 km etäisyydellä eli noin 2,8×maapallon säteen etäisyydellä. Kuulle raja on noin 9 492 km eli 1,49× maapalon säteen etäisyydellä.

Phoboksen nykyinen etäisyys on noin 1,7× Rochen raja Marsille. Aurinkokunnassamme on muitakin hieman vastaavassa tilanteessa olevia kuita kuten Uranuksen Cordelia (1,54×), Neptunuksen Nada (1,39×) ja Thalassa (1,45×).