برخورد یک سیارک می تواند دو راز را در قمر دیموس مریخ توضیح دهد

این مطالعه اولین مطالعه علمی است که شامل مشاهدات جمع آوری شده در طول پرواز هرا از دیموس است. این یافته‌ها همچنین می‌تواند به هدایت ماموریت‌های آینده، از جمله ماموریت کاوش قمرهای مریخ (MMX) آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) کمک کند.

رمز و راز سطح صاف دیموس

دیموس کوچکتر و دورتر از دو قمر مریخ است. شکلی تقریباً بیضی دارد و یک فرورفتگی برجسته در نزدیکی قطب جنوب دارد. سطح آن نیز به طور قابل توجهی متفاوت از سطح فوبوس، قمر دیگر مریخ است.

در حالی که فوبوس به شدت حفره دارد، دیموس صاف تر به نظر می رسد زیرا بیشتر سطح آن پوشیده از گرد و غبار و بقایای سنگی است که به نام سنگ سنگی شناخته می شوند. فضاپیماها طی چندین دهه از ماه با جزئیات بیشتر عکسبرداری کرده اند، اما دانشمندان مطمئن نیستند که چه چیزی باعث ایجاد فرورفتگی جنوبی یا لایه زباله گسترده شده است.

یک مطالعه جدید به رهبری سابینا رادوکان، دکترا، بررسی می کند که آیا این دو ویژگی ممکن است منشا یکسانی داشته باشند یا خیر. این همکاری بین المللی شامل محققانی از Observatoire de la Côte d’Azur، دانشگاه آریزونا و دانشگاه توکیو و سایر موسسات بود.

رادوکان تا اکتبر 2025 در دپارتمان تحقیقات فضایی و علوم سیاره ای (WP) در موسسه فیزیک دانشگاه برن کار کرد. او اکنون مدیر برنامه های علمی در موسسه بین المللی علوم فضایی و عضو ارشد دانشگاه Vrije بروکسل است.

این تیم با استفاده از شبیه‌سازی‌های با وضوح بالا ایجاد شده با کد هیدرودینامیک ذرات صاف برن (SPH)، دریافتند که فرورفتگی متمایز نزدیک قطب جنوب به احتمال زیاد ناشی از برخورد سیارکی است که قدرتمند بود اما آنقدر قوی نبود که بتواند دیموس را نابود کند. با توجه به شبیه سازی ها، همین برخورد ممکن است سنگ سنگی را نیز ایجاد کند که اکنون بیشتر ماه را می پوشاند.

این مطالعه، منتشر شده در نجوم طبیعی، اولین نشریه علمی است که از مشاهدات جمع آوری شده هنگام عبور فضاپیمای هرا ESA از کنار دیموس استفاده می کند. هرا در حال حاضر در حال سفر به مقصد اصلی خود، سیارک ماه دیمورفوس است.

شبیه سازی برخورد عظیم سیارک

برای بازسازی آنچه ممکن بود اتفاق افتاده باشد، دانشمندان از کد SPH برن استفاده کردند که در حدود دو دهه در دانشگاه برن توسعه داده شد. این نرم افزار برای مدل سازی برخوردهای سیارک ها، دنباله دارها و سیارات طراحی شده است.

در شبیه سازی ها، اجسام در حال برخورد با میلیون ها ذره منفرد نشان داده می شوند. محققان می‌توانند عواملی مانند گرانش، چگالی و استحکام مواد را تنظیم کنند تا ببینند انواع مختلف ضربه‌ها چگونه انجام می‌شوند.

دانشگاه برن تجربه گسترده ای در مدل سازی تاثیر دیجیتال دارد. همین رویکرد قبلا برای شبیه سازی برخورد فضاپیمای DART ناسا به دیمورفوس استفاده شده بود.

سابینا رادوکان، رهبر این مطالعه، که همچنین رئیس گروه کاری Hera Impact Physics برای ماموریت Hera ESA است، توضیح می‌دهد: «این کد روی یک خوشه محاسباتی با کارایی بالا در دانشگاه برن اجرا می‌شود و یکی از معدود کدهایی است که می‌تواند این نوع شبیه‌سازی را انجام دهد.

محققان بسیاری از سناریوهای ممکن را آزمایش کردند، اندازه، سرعت و زاویه ضربه ضربه‌گیر را تغییر دادند و در عین حال فرضیات مربوط به ساختار داخلی دیموس را تغییر دادند.

“ما حدود صد شبیه سازی را اجرا کردیم – هر یک حدود یک هفته طول کشید.”

آنها سپس نتایج را با داده های رصدی جمع آوری شده توسط کاوشگر فضایی ESA مقایسه کردند.

ماموریت اصلی هرا بررسی دقیق اتفاقاتی است که هنگام برخورد فضاپیمای DART ناسا با دیمورفوس رخ داد. این مشاهدات برای کمک به محققان در ارزیابی انحراف سیارک به عنوان یک روش بالقوه برای محافظت از زمین در برابر برخورد سیارک ها در نظر گرفته شده است.

در مارس 2025، هرا از کنار مریخ عبور کرد و از گرانش سیاره برای تغییر مسیر آن به سمت دیمورفوس استفاده کرد. این مانور همچنین به فضاپیما فرصتی نادر برای رصد دیموس از فاصله نزدیک داد.

یک اثر می تواند دو ویژگی اصلی را توضیح دهد

شبیه سازی ها به نفع یک سناریوی برخورد خاص هستند. به گفته محققان، یک سیارک با قطر حدود 320 متر که با زاویه 45 درجه با دیموس برخورد می کند، می تواند اندازه و شکل فرورفتگی را ایجاد کند که اکنون در نزدیکی قطب جنوبی ماه مشاهده می شود.

همین تأثیر همچنین می تواند توضیح دهد که چرا سنگ سنگی در سراسر ماه پراکنده شده است. مقادیر عظیمی از مواد در طول برخورد به بیرون پرتاب می‌شوند و دوباره در Deimos توزیع می‌شوند و بسیاری از ویژگی‌های سطح قدیمی‌تر را مدفون می‌کنند. در برخی از نقاط، مواد ته نشین شده می تواند بیش از 200 متر عمق داشته باشد.

مارتین جوزی، یکی از نویسندگان دپارتمان علوم فضایی و سیاره ای (WP) در دانشگاه برن، که به عنوان رئیس گروه کاری فیزیک ضربه هرا نیز فعالیت می کند، توضیح می دهد: «بنابراین، شبیه سازی ما نشان می دهد که یک ضربه واحد برای شکل دادن قاطعانه به چشم انداز فعلی دیموس کافی است.

این ضربه به اندازه‌ای قوی بود که بتواند مواد را در سطح جهانی توزیع کند، اما آنقدر قوی نبود که ماه را در هم بشکند.»

مقایسه شبیه‌سازی‌ها با مشاهدات فضاپیما نیز سرنخ‌هایی در مورد ترکیب فیزیکی دیموس نشان داد. لایه های بالایی آن بسیار نازک به نظر می رسند، در حالی که داخل ماه بسیار متخلخل به نظر می رسد. این ساختار متخلخل مقداری از انرژی حاصل از برخورد را جذب و کاهش می‌دهد و به Deimos کمک می‌کند تا از ضربه جان سالم به در ببرد.

رادوکان می‌گوید: «دیموس از نظر ویژگی‌های فیزیکی، بیشتر شبیه به سیارک‌های انباشته زباله است تا ماه زمین ما». اما این لزوماً به این معنا نیست که دیموس در واقع یک سیارک است. همچنین می‌تواند از موادی که در طول برخورد با مریخ به بیرون پرتاب می‌شود، تشکیل شده باشد.

چه ماموریت های آینده ممکن است کشف کنند

توضیحات دیگری برای شیب جنوبی و سطح صاف دیموس هنوز امکان پذیر است. با این حال، سناریوی ضربه جدید مکانیزمی را ارائه می‌کند که قادر به توضیح هر دو ویژگی است و پیش‌بینی‌های مشخصی را ارائه می‌کند که فضاپیماهای آینده می‌توانند آزمایش کنند.

یک فرصت بزرگ از سوی آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA)، که مأموریت کاوش قمرهای مریخی (MMX) را برای پرتاب در سال 2026 آماده می کند، به دست خواهد آمد. MMX برای کاوش در جزئیات دو قمر مریخ و بازگرداندن نمونه هایی از فوبوس به زمین طراحی شده است.

رادوکان توضیح می‌دهد: «مطالعه ما پیش‌بینی‌های مهم و ویژه‌ای برای این مأموریت MMX ژاپنی، مانند ضخامت و توزیع لایه سنگ سنگی و خواص مکانیکی ماده Deimos ارائه می‌کند.

“این به MMX تصویر واضح تری از آنچه ابزارهای آن – و در نهایت مجموعه نمونه – می تواند انتظار داشته باشد، می دهد.”