스페이스 클럽 새로운 연구는 화성의 위성 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)의 기원에 대한 설명을 제공한다.

[스페이스클럽]

미국 항공우주국(NASA)의 한 과학자 팀은 최근 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 화성 주변의 소행성 파괴를 모델링하여 화성의 두 신비한 위성인 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)의 기원 가능성을 조사했습니다. 1877년에 위성이 발견된 이래 과학자들은 망원경과 화성 우주선의 후속 조사를 통해 두 개의 위성이 어떻게 생겨났는지, 그리고 어떻게 독특하고 견고한 모양을 갖게 되었는지에 대해 숙고해 왔습니다.

제이콥 케게라이스(Jacob Kegerreis)가 이끄는 이 팀의 새로운 연구는 불량 소행성이 화성에 너무 가까이 지나갔을 수 있다는 것을 밝혀냈다. 화성이 비행하는 동안 화성의 강한 중력으로 인해 소행성이 붕괴되거나 찢어졌을 것이며, 이로 인해 수십만 개의 작은 암석 조각이 화성 궤도를 돌게 되었을 것입니다.

붕괴 사건으로 생성된 파편의 절반 이상이 화성에서 방출된 것으로 여겨지지만, 행성 궤도에 갇힌 파편은 계속 충돌하여 더 많은 파편을 생성했을 것입니다. 이러한 충돌이 멈추고 파편들이 화성 주위의 고리에 정착한 후, 고리 안의 물질이 서로 뭉치기 시작하여 오늘날 우리가 알고 있는 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)를 만들었을 것입니다.

이 이론은 Kegerreis 등의 슈퍼컴퓨터 모델에 의해 테스트되었으며, 이 모델은 붕괴 사건 동안 소행성의 크기, 스핀, 속도 및 화성으로부터의 거리를 각각 변화시키는 수백 개의 서로 다른 비행 시뮬레이션을 탐색했습니다. 팀은 시뮬레이션을 위해 두 가지 다른 컴퓨팅 코드를 사용했는데, 하나는 SWIFT(붕괴 사건을 모델링하는 데 사용됨)라는 고성능 오픈 소스 컴퓨팅 코드이고, 다른 하나는 붕괴 사건으로 생성된 잔해의 궤도를 모델링하기 위한 다른 컴퓨팅 코드입니다. 각 컴퓨팅 코드는 영국에 있는 더럼 대학교의 고급 컴퓨팅 시스템을 활용했습니다.

https://youtu.be/D-gDbo-8W3c

케게라이스(Kegerreis) 등은 그들의 연구에서 많은 시뮬레이션에서 화성 주변에서 붕괴 사건과 그에 따른 충돌로 인해 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)와 유사한 위성을 형성하는 데 도움이 될 만큼 충분한 원료가 생성되었다고 보고했다.

"포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)를 만들기 위한 새로운 옵션을 탐구하는 것은 흥미진진합니다 - 우리 태양계에서 지구 외에 암석이 많은 행성 주위를 도는 유일한 위성입니다. 더욱이, 이 새로운 모델은 화성의 역사에서 이 중요한 사건에 대한 표준 아이디어에 대해 테스트할 수 있는 달의 특성에 대한 다른 예측을 합니다."라고 캘리포니아에 있는 NASA Ames Research Center의 박사 후 연구원인 Kegerreis는 말했습니다.

흥미롭게도, Kegerreis et al.의 모델과 발견은 포보스와 데이모스의 기원에 대한 가장 인기 있는 두 가지 이론을 명시적으로 따르지 않는다. 첫 번째 이론은 위성이 한때 화성에 충분히 가깝게 지나간 소행성이었기 때문에 화성의 중력정과 궤도 내에 완전히 포획되었다고 제안합니다. 두 번째는 화성 표면에 대한 거대한 충격이 행성 표면에서 원반을 생성하기에 충분한 물질을 분출했을 것이고, 마지막으로 위성을 생성했을 것이라고 제안한다. 후자의 이론은 지구의 달의 형성에 대한 과학자들의 현재 이론과 밀접하게 일치합니다.

그러나 두 번째 이론은 첫 번째 이론보다 포보스와 데이모스의 궤도 궤적을 더 자세히 설명하지만, 화성 주위의 데이모스의 넓은 궤도 반경을 설명하지 못한다. 만약 화성 표면에서 거대한 충돌이 발생했다면, 화성에서 분출된 모든 물질은 화성을 매우 가깝게 감싸고 있는 원반에 가라앉았을 것이다 - 데이모스가 현재 궤도를 돌고 있는 곳보다 화성에 훨씬 더 가깝다. 데이모스의 궤도 반경이 크다는 것은 그 거리에서 형성되었음이 분명하다는 것을 의미한다.

포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos, 빨간색)와 화성 우주선의 궤도를 보여주는 이미지. (제공: NASA/JPL-Caltech)

다행히도, Kegerreis 등의 새로운 모델은 데이모스의 궤도 거리를 설명하며, 위성의 형성에 필요한 원료는 데이모스의 궤도까지 뻗어 있다.

"우리의 아이디어는 달을 만드는 물질을 원반의 바깥 영역에 더 효율적으로 분배할 수 있게 해줍니다. 이는 훨씬 더 작은 '모(母)' 소행성이 위성의 구성 요소를 올바른 장소로 보내기에 충분한 물질을 여전히 전달할 수 있다는 것을 의미한다"고 NASA 에임스의 공동 저자인 잭 리사우어(Jack Lissauer)는 말했다.

Kegerreis 등은 시뮬레이션에서 주로 Phobos, Deimos 및 Mars에 초점을 맞추지만, Kegerreis는 시뮬레이션과 모델을 통해 태양계 주변의 다양한 위성 형성과 행성, 소행성, 혜성 등과 같은 물체 간의 만남을 탐사할 수도 있다고 설명합니다. 이러한 폭력적인 사건들은 우리 태양계의 아주 초기에 매우 흔했기 때문에 Kegerreis 등의 시뮬레이션을 통해 과학자들은 초기 태양계, 환경 및 그 결과를 더 잘 모델링할 수 있습니다.

특히 Kegerreis et al.의 경우, 그들의 모델로 형성 이론을 검증했으므로, 연구팀은 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 형성된 원반의 형성을 더 잘 모델링하는 단계로 나아갈 것이다.

https://youtu.be/yiS6NdpEL2A

"다음으로, 우리는 이 개념 증명 프로젝트를 기반으로 전체 형성 일정을 시뮬레이션하고 더 자세히 연구하기를 희망합니다. 이를 통해 원반 자체의 구조를 조사하고 MMX 임무가 찾을 수 있는 것에 대해 더 자세한 예측을 할 수 있습니다"라고 더럼 대학의 컴퓨터 우주론 연구소(Institute for Computational Cosmology)의 부교수인 공동 저자 빈센트 에케(Vincent Eke)는 말했다.

화성 달 탐사(MMX) 임무는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 주도하는 화성 샘플 귀환 임무로, 포보스와 데이모스를 모두 방문하게 됩니다. 달에 머무는 동안 MMX는 위성과 위성의 특성을 광범위하게 연구하여 위성의 구성과 기원에 대해 더 많이 배울 것입니다. 포보스에 머무는 동안 MMX 우주선은 달 표면의 샘플을 채취하여 지구로 귀환한 후 심층 연구를 위해 실험실로 보내질 예정입니다. 위성의 내부 구성(즉, 위성이 무엇으로 구성되어 있는지)은 과학자들이 위성이 한때 소행성이었는지 또는 충돌/붕괴 사건의 결과였는지 여부를 결정하는 데 도움이 되는 주요 단서가 될 수 있습니다.

MMX는 현재 2026년 발사를 목표로 하고 있으며, NASA의 MEGANE(Mars-moon Exploration with Gamma Rays and Neutrons) 장비와 공압 샘플러 기술 시연을 포함한 다양한 장비 및 기술 시연을 제공합니다.

(리드 이미지: Mars, Phobos, and Deimos. 사진 제공: NASA)

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