NASA
De twee kleine manen van Mars, Phobos (met een diameter van ongeveer 22 km) en Deimos (met een diameter van ongeveer 13 km), zijn al tientallen jaren een raadsel voor wetenschappers. Sommigen hebben voorgesteld dat ze misschien bestaan uit restanten van een planeet of een grote asteroïde die op het oppervlak van Mars is ingeslagen (#TeamImpact).
Een tegengestelde hypothese (#TeamCapture) suggereert echter dat de manen asteroïden zijn die gevangen werden door de zwaartekracht van Mars en in een baan rond Mars terecht zijn gekomen.
Om het mysterie op te lossen, hebben we materiaal van het oppervlak van de manen nodig voor analytische analyses op aarde. Gelukkig zal het Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa) in september 2024 een missie, genaamd “Martian Moon eXploration” (MMX), naar Phobos en Deimos lanceren. De missie zal worden uitgevoerd door een nieuw ontworpen raket, de H-3, die nog in ontwikkeling is.
Het ruimteschip zal naar verwachting in 2025 een baan om Mars bereiken, waarna het in een baan om Phobos zal draaien en uiteindelijk materiaal van het oppervlak zal verzamelen voordat het in 2029 terugkeert naar de aarde.
Dit is de volgende in een reeks van recente missies die materiaal uit de ruimte terug naar de aarde brengen, in navolging van de succesvolle missie van Jaxa naar asteroïde Ryugu (Hayabusa2), evenals de Osiris-Rex missie van Nasa naar asteroïde Bennu en de Chang’e 5 missie van de Chinese ruimtevaartorganisatie naar de maan.
Weggeefacties
Als er inderdaad een inslag heeft plaatsgevonden, dan zouden we verwachten op Phobos gelijksoortig materiaal te vinden als op Mars. Hoewel we (nog) geen materiaal hebben dat direct van Mars is teruggekeerd, hebben we wel het geluk dat er gesteente van het Marsoppervlak is weggeslingerd dat uiteindelijk op aarde is terechtgekomen.
Deze meteorieten kunnen daarom vergelijkbaar zijn met het materiaal dat is teruggekeerd van Phobos, wat een fantastische vergelijking oplevert.
Een martiaanse meteoriet onder de microscoop en een handexemplaar.
Open Universiteit, CC BY-NC-SA
In het geval van een gevangen asteroïde is het echter waarschijnlijker dat we materiaal op Phobos vinden dat ook op andere asteroïden in ons zonnestelsel te vinden is. De heersende hypothese in de #TeamCapture groep is dat de manen zijn opgebouwd uit hetzelfde gesteente als meteorieten, genaamd koolstofhoudend chondriet. Gelukkig hebben we genoeg van zulke meteorieten en monsters die we kunnen vergelijken met het materiaal van Phobos.
Een koolstofhoudende chondrietmeteoriet onder de microscoop en een handexemplaar.
CC BY-NC-SA
Het vergelijken van meteorieten en materiaal dat is teruggebracht van Phobos zal een fantastisch hulpmiddel zijn om ons te helpen de oorsprong van de twee manen te begrijpen. Zodra we materiaal in het laboratorium hebben, kunnen strenge analysetechnieken worden toegepast op de monsters.
Eén zo’n techniek is zuurstofisotopenanalyse. Isotopen zijn versies van elementen waarvan de kernen meer of minder deeltjes hebben die neutronen worden genoemd. Zuurstof, bijvoorbeeld, heeft drie stabiele isotopen, met atoommassa’s van 16, 17 en 18.
De som van de isotopische verhoudingen van zuurstof-17/zuurstof-16 en zuurstof-18/zuurstof-16
wordt Δ17O genoemd en is karakteristiek voor specifieke moederobjecten. Afhankelijk van waar in het Zonnestelsel een rotsachtig lichaam is gevormd, wordt een andere zuurstofsamenstelling verkregen en behouden in het gesteente. Zo hebben aardse gesteenten een Δ17O van ongeveer 0, terwijl Marsmeteorieten een Δ17O van ongeveer ~0,3 hebben. Daarom kunnen gesteenten van de aarde en meteorieten van Mars gemakkelijk van elkaar worden gescheiden.
Als Phobos op dezelfde plaats in het zonnestelsel is gevormd als Mars, dan zouden we verwachten dat de samenstelling van het materiaal dat door MMX is meegebracht ook een Δ17O van rond de 0,3 heeft.
Zoals eerder vermeld, suggereert #TeamCapture een koolstofhoudende chondrietachtige oorsprong voor Phobos. Alle bekende koolstofhoudende chondrieten die door wetenschappers zijn bestudeerd hebben een negatieve isotopische Δ17O, variërend van -0,5 tot -4. Zuurstof kan dus een zeer krachtige aanwijzing zijn voor de oorsprong van Phobos. Zuurstof kan daarom een zeer krachtig hulpmiddel zijn bij het ontcijferen van de oorsprong van de manen van Mars en zou een hoge prioriteit moeten hebben voor de missie zodra er materiaal is teruggekeerd naar de aarde.
Zuurstofisotopenplot toont de grote verschillen in zuurstof tussen de aarde, Mars en asteroïden.
CC BY-NC-SA
Als Phobos inderdaad een oud fragment van Mars is, zou het wel eens het meest primitieve Martiaanse materiaal kunnen zijn. Mars heeft een groot aantal processen ondergaan die het gesteente op zijn oppervlak hebben veranderd, waaronder winderosie en waterveranderingen. Op basis van kenmerken zoals droge rivierbeddingen die zijn waargenomen door baanonderzoekers zoals de Viking, is het duidelijk dat er ooit water op Mars is geweest.
Dit water is waarschijnlijk afkomstig van een mix van asteroïden en kometen en vulkanische activiteit. Mars behield ook een dikke atmosfeer, waardoor water als vloeistof op het oppervlak van de planeet aanwezig kon zijn.
Phobos, aan de andere kant, is een luchtloos lichaam gebleven waar processen zoals besmetting door water niet hebben plaatsgevonden (hoewel kleine inslagen kunnen hebben plaatsgevonden). Dit betekent dat monsters van Phobos zeer belangrijke inzichten kunnen geven in het oorspronkelijke watergehalte van Mars en een venster kunnen bieden op processen die plaatsvonden in het vroege zonnestelsel.
MMX is een van de meest opwindende geplande missies in de ruimteverkenning. Met minder dan een jaar te gaan, duimen we al voor een succesvolle lancering, monsterverwerving en monsterterugkeer. Veel wetenschappers, waaronder ikzelf, zouden het geweldig vinden om op een dag die monsters te kunnen bestuderen.
Ben Rider-Stokes ontvangt financiering van STFC Consolidated Grant.
