Estrías en la superficie de Fobos cuentan la historia de su ruptura interior         

 

Por la Universidad de Tsinghua

14 de noviembre de 2022.

Formación de surcos en respuesta al decaimiento orbital de marea de Fobos. (a) Depresiones lineales que atraviesan la superficie de Fobos (ESA/DLR/FU Berlín). (b) Nuestro Fobos simulado es una pila de escombros débil cubierta por un regolito exterior que consiste en una capa cohesiva (azul) cubierta por una capa granular suelta poco profunda (blanco), como se destaca en el recuadro. Las flechas azules indican las fuerzas de marea ejercidas por Marte, y los parches rojos representan las 23 áreas locales que hemos simulado. Nuestras simulaciones fuerzan la deformación de estos parches para imitar la remodelación de Fobos a medida que gira en espiral hacia adentro. (c) A medida que las células se estiran y comprimen (extremo superior), se producen fracturas, como lo indican las partículas de regolito abruptamente aceleradas. (d) Se desarrolla un patrón paralelo de surcos y las fracturas subsuperficiales que lo acompañan en un espacio regular. La orientación de la falla es generalmente perpendicular a la dirección del esfuerzo de tracción principal local. La morfología y el patrón de estas depresiones extensionales son acordes con algunos surcos lineales en Fobos. Los datos que se muestran son para el parche ubicado a 60° N y 0° E con la fuerza de cohesión cp = 36 kPa. Crédito: Revista de ciencia planetaria (2022). DOI: 10.3847/PSJ/ac8c33.

 

Fobos, la luna más interna de Marte de 22 km de diámetro, es un cuerpo maravilloso. A diferencia de su hermano pequeño  Deimos, Fobos ha desarrollado un llamativo patrón de características lineales paralelas que recorren su superficie. Estos surcos son una característica global distintiva de Fobos, no presente en Deimos. La forma en que se formaron ha dejado perplejos a los geólogos planetarios durante más de cuarenta años, desde que fueron fotografiados por primera vez con detalle por las misiones Viking de la NASA.

 

En un nuevo artículo publicado en The Planetary Science Journal, investigadores de la Universidad de Tsinghua, la Universidad de Arizona, la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Beihang han dado un paso importante para resolver este enigma. El nuevo estudio propone que estos surcos son expresiones superficiales de cañones ocultos dentro de Fobos, que son signos tempranos de que la luna se está desmoronando debido al aumento de las fuerzas de marea de Marte.

 

Además de sus extrañas marcas lineales, otra característica especial de Fobos es su órbita, tan cerca de Marte (solo 6.000 km)  que las mareas hacen que se acerque en espiral unos 2 metros cada 100 años. Marte lo está tirando hacia abajo. El rápido ritmo de esta evolución (se prevé que chocará con Marte en unos cuarenta millones de años) ha inspirado a los investigadores a proponer que los surcos son estrías, desgarradas por la gravedad de Marte.

 

Pero hasta ahora, ha sido imposible demostrar que tal mecanismo de superficie tectónica podría funcionar. El problema con la  idea de las estrías es que requiere una capa externa algo más fuerte que se fractura cuando la forma de Fobos cambia debajo de ella. Fobos tiene una porosidad cercana a la superficie de al menos el 40%, por lo que parece imposible sostener redes de grandes grietas en una pila de polvo esponjoso, incluso en una gravedad de menos de 1/1000 de la de la Tierra.

 

Usando las simulaciones de supercomputadoras más detalladas del problema hasta la fecha, el equipo de Bin exploró la idea de  que el polvo suelto descansa sobre una subcapa algo cohesiva, un material que también es débil pero tiene la fuerza suficiente para sostener fisuras profundas. El polvo suelto luego se drena en esas grietas.

 

"Esta es la primera vez que se utilizan millones de partículas para modelar explícitamente el estiramiento y la compresión del  regolito granular que experimenta la evolución de las mareas", dice Bin Cheng, de la Universidad de Tsinghua, quien dirigió el nuevo estudio. "Por lo tanto, podemos confrontar directamente el modelo con las observaciones de surcos en la superficie de Fobos". Los nuevos modelos dan una fuerte coincidencia con las observaciones que se han obtenido hasta ahora. Si es correcto, entonces retrocediendo en el tiempo, pueden informarnos sobre la historia temprana de Marte. Extendidos hacia adelante, pueden predecir cómo evolucionará Fobos a medida que avanza en espiral.

 

Bin y su equipo representaron los 150 metros superiores de la superficie de Fobos como dos pilas rectangulares que constaban de 3 millones de granos, con los 50 metros superiores muy sueltos y los granos más profundos con una ligera cohesión. "Algo así como una galleta sándwich", dice Bin. Pusieron estas pilas rectangulares en varios lugares de Fobos, representando la luna en forma de patata como un elipsoide. A partir de esto, calcularon la tensión biaxial que experimentaría cada parche, mientras que el interior de Fobos se deformaba debajo de ellos al aumentar la marea.

 

Se descubrió que las estructuras resultantes tenían un parecido sorprendente, en tamaño, espaciado y orientación, con muchos  de los surcos observados en las latitudes medias de Fobos, incluidos sus patrones paralelos e incluso sus morfologías de picadas a festoneadas a lineales.

 

No se predice que todos los surcos se formen de esta manera, pero para aquellos que lo hacen, las simulaciones brindan una  visión clara del proceso. La tensión de las mareas, a medida que aumenta, abre fisuras estrechas y paralelas en el sustrato. Esto desencadena el drenaje de material más débil en la capa superior hacia las fisuras más profundas, lo que lleva a la formación y evolución de morfologías de surcos complejos que pueden evolucionar aún más, algo análogo a las grietas que se forman en un glaciar que se deforma, excepto que aquí se forman en regolito seco y polvoriento, en microgravedad, durante decenas de millones de años.

 

Para formar surcos paralelos, el modelo requiere una subcapa con una cohesión de al menos 1 kilopascal. "Este valor es similar  al de la arena mojada en una playa", dice Bin. "Es difícil imaginar un cañón de arena de 100 metros de profundidad y solo 10 metros de ancho, pero esto tiene sentido cuando piensas en materiales en polvo en una gravedad extremadamente baja".

 

La próxima misión de exploración de lunas marcianas (MMX) de Japón, programada para su lanzamiento a mediados de la  década de 2020, con un módulo de aterrizaje, un rover y un retorno de muestra, arrojará mucha más luz sobre esta luna desconcertante y, en última instancia, transitoria. Los científicos esperan que Fobos salga de órbita en 20 a 40 millones de años, cuando las mareas lo separen por completo, formando un anillo que podría convertir a Marte en el planeta más brillante del cielo de la Tierra. El nuevo estudio predice que esta desaparición ya ha comenzado, y que sus surcos superficiales y cañones subyacentes son los primeros signos.

 

"Tenemos suerte de estar aquí ahora, de verlo", dice Erik Asphaug, quien participó en el análisis.

 

Según el nuevo modelo, Fobos es un lugar precario, un paisaje que se está transformando dinámicamente a través de la  apertura y reelaboración de fisuras granulares y el drenaje de material suelto en esas grietas, hasta que finalmente la luna entera se rompa.

 

Aunque definitivamente trágica, esta destrucción progresiva también puede presentar una oportunidad. Las cavernas, de cien o  más metros de profundidad, podrían proporcionar nuevos lugares para explorar, teniendo en cuenta lo débiles que serían las paredes, y donde los humanos podrían albergar equipos y suministros de la radiación, el calor y el frío del espacio mientras buscamos agua y otros recursos alrededor de Marte. Y la apertura de fracturas podría ser una bendición de exploración en otro sentido, produciendo vibraciones que permitirían la sismología, a partir de la cual una misión futura podría mapear el interior global y aprender cómo se formó esta extraña luna en primer lugar.

 

Fuente:

https://phys.org/news/2022-11-phobos-surface-striations-story-rupturing.html