Les formes et les couleurs étranges des minuscules lunes martiennes Phobos et Deimos ont inspiré un débat de longue date sur leurs origines.

Les faces sombres des lunes ressemblent aux astéroïdes primitifs du système solaire extérieur, suggérant que les lunes pourraient être des astéroïdes capturés il y a longtemps par l'attraction gravitationnelle de Mars. Mais les formes et les angles des orbites des lunes ne correspondent pas à ce scénario de capture.

Un nouveau regard sur les données vieilles de 20 ans de la mission Mars Global Surveyor confirme l'idée que les lunes de Mars se sont formées après qu'un impact important sur la planète a jeté beaucoup de roches en orbite, selon une nouvelle étude dans le Journal of Geophysical Research :Planètes, une publication de l'American Geophysical Union.

L'ensemble de données contenait des indices sans plomb sur la substance dont Phobos est fait, qui ressemble peut-être plus à la croûte de la planète rouge qu'il n'y paraît, selon les auteurs de l'étude.

"La partie amusante pour moi a été de jeter un coup d'œil à certaines des idées en utilisant un ancien ensemble de données qui a été sous-utilisé, " a déclaré Tim Glotch, un géoscientifique de l'Université Stony Brook à New York et l'auteur principal de la nouvelle étude.

Marc Fries, un scientifique planétaire et conservateur de la poussière cosmique au Johnson Space Center de la NASA, qui n'a pas participé à la nouvelle étude, a déclaré que l'incapacité d'expliquer la genèse de deux lunes autour d'une planète voisine est une lacune flagrante dans la compréhension des scientifiques de la formation lunaire. L'éclaircir aidera à interpréter la façon dont d'autres lunes et planètes se sont formées dans notre système solaire et au-delà. La nouvelle étude ne résout pas le mystère, mais c'est un pas dans la bonne direction, il a dit.

"La question des origines de Phobos et Deimos est une sorte de mystère amusant, parce que nous avons deux hypothèses concurrentes qui ne peuvent pas être vraies toutes les deux, " Fries a déclaré. "Je ne considérerais pas cela comme une solution finale au mystère de l'origine des lunes, mais cela aidera à faire avancer la discussion."

Objets sombres

Le débat sur l'origine des lunes de Mars a divisé les scientifiques pendant des décennies, depuis les débuts de la science planétaire. En lumière visible, Phobos et Deimos semblent beaucoup plus sombres que Mars, donner du poids à l'hypothèse de l'adoption.

Les scientifiques étudient la composition minérale des objets en brisant la lumière qu'ils réfléchissent en couleurs composantes avec un spectrophotomètre, créant des « empreintes digitales » visuelles distinctives. En comparant les empreintes spectrales des surfaces planétaires à une bibliothèque de spectres de matériaux connus, ils peuvent déduire la composition de ces objets distants. La plupart des recherches sur la composition des astéroïdes ont examiné leurs spectres en lumière visible et en lumière proche infrarouge, qui est juste au-delà de la vision humaine sur le côté rouge du spectre visible.

En lumière visible et proche infrarouge, Phobos et les astéroïdes de classe D se ressemblent beaucoup, c'est-à-dire leurs deux spectres sont presque sans caractéristiques parce qu'ils sont si sombres. Les astéroïdes de classe D sont presque noirs comme du charbon parce que, comme le charbon, ils contiennent du carbone. Cet aspect sombre de Phobos a conduit à l'hypothèse que la lune est un astéroïde captif qui a volé un peu trop près de Mars.

Mais les scientifiques qui examinent les orbites des lunes de Mars ont soutenu qu'elles n'auraient pas pu être capturées. Ces scientifiques pensent que les lunes ont dû se former en même temps que Mars, ou résulte d'un impact massif sur la planète au cours de ses millénaires de formation.

"Si vous parlez aux gens qui sont vraiment doués pour la dynamique orbitale et que vous découvrez pourquoi certains corps orbitent comme ils le font, ils disent ça, étant donné l'inclinaison et les détails de l'orbite de Phobos, il est presque impossible qu'il ait été capturé. Vous avez donc les spectroscopistes qui disent une chose et les dynamicistes qui disent autre chose, " dit Glotch.

Empreintes de chaleur

Glotch a décidé de regarder le problème sous un autre jour :l'infrarouge moyen, qui est dans la même plage que la température corporelle. Il a examiné la signature thermique de Phobos capturée en 1998 par un instrument qu'il décrit comme un thermomètre sophistiqué embarqué sur le Mars Global Surveyor. Le vaisseau spatial robotique a passé la majeure partie de sa vie à regarder Mars, mais jeta un rapide coup d'œil à Phobos lorsqu'il passa près de la lune avant de s'installer sur une orbite plus proche autour de la planète.

Énergie thermique, comme la lumière visible, peut être divisé en un spectre de "couleurs". Même les objets qui semblent noirs en lumière visible peuvent briller dans un spectre infrarouge distinctif. Bien que Phobos soit très froid, son spectre thermique a une signature discernable.

Glotch et ses étudiants ont comparé les spectres infrarouges moyens de Phobos aperçus par Mars Global Explorer à des échantillons d'une météorite tombée sur Terre près du lac Tagish, Colombie britannique, que certains scientifiques ont suggéré est un fragment d'un astéroïde de classe D, et d'autres types de roches. Dans le laboratoire, ils ont soumis leurs échantillons à des conditions de vide froid de type Phobos, les chauffer d'en haut et d'en bas pour simuler les changements extrêmes de température des côtés ensoleillés aux côtés ombragés des objets sans air dans l'espace.

"Nous avons trouvé, à ces gammes de longueurs d'onde, la météorite du lac Tagish ne ressemble en rien à Phobos, et en fait ce qui correspond le plus à Phobos, ou au moins une des caractéristiques du spectre, est du basalte broyé, qui est une roche volcanique commune, et c'est de quoi est faite la majeure partie de la croûte martienne, " dit Glotch. " Cela nous amène à croire que Phobos pourrait être un vestige d'un impact qui s'est produit au début de l'histoire martienne. "

Croûte planétaire cuite?

La nouvelle étude ne prétend pas que Phobos est entièrement composé de matériaux de Mars, mais les nouveaux résultats sont cohérents avec la lune contenant une partie de la croûte de la planète, peut-être comme un amalgame de débris de la planète et des restes de l'objet impactant.

Frites, le scientifique qui n'était pas impliqué dans la nouvelle étude, dit que la météorite du lac Tagish est inhabituelle, et peut-être pas le meilleur exemple d'astéroïde de classe D disponible pour une comparaison convaincante avec Phobos. Fries a ajouté qu'il était peu probable que la nouvelle étude soit en mesure de produire une réponse définitive car Phobos est soumis à l'altération spatiale, ce qui affecte son spectre de réflectance et est difficile à reproduire en laboratoire.

Mais Fries a déclaré qu'il trouvait intéressant qu'un mélange de basalte et de matériaux riches en carbone corresponde parfaitement à Phobos. Une autre possibilité est que de la poussière spatiale riche en carbone à proximité de Mars se soit accumulée sur les lunes en orbite rapprochée, assombrir leurs surfaces, il a dit.

Les scientifiques pourraient avoir leur réponse sur les origines de Phobos dans les deux prochaines années, si le vaisseau spatial Martian Moon eXploration et les explorateurs d'astéroïdes OSIRIS-Rex et Hayabusa2 terminent leurs missions pour collecter des échantillons et les renvoyer sur Terre pour analyse. Hyabusa2 a fait atterrir deux mini-robots sur l'astéroïde Ryugu le 21 septembre.

"Ce qui est vraiment cool, c'est que c'est une hypothèse vérifiable, parce que les Japonais développent une mission appelée MMX qui va aller à Phobos, prélever un échantillon et le ramener sur Terre pour que nous l'analyse, " dit Glotch.