Phobos

Phobos là mặt trăng lớn hơn và gần hơn trong hai mặt trăng nhỏ quay quanh Sao Hỏa, và là một trong những vệ tinh kỳ lạ nhất trong hệ Mặt Trời. Nó không phải hình cầu mà là một khối đá tối màu, méo mó, bị dập nát, có kích thước khoảng 27 x 22 x 18 km — đủ nhỏ để lực hấp dẫn yếu ớt của nó, chưa bằng một phần trăm của Trái Đất, sẽ cho phép một phi hành gia quyết tâm ném một hòn đá bay thẳng ra khỏi nó vào quỹ đạo quanh Sao Hỏa. Được đặt tên theo hiện thân của nỗi sợ hãi trong thần thoại Hy Lạp, con trai và người đồng hành của thần chiến tranh Ares, nó là một tùy tùng xứng đáng cho hành tinh đỏ.

Điều làm cho Phobos đáng chú ý không phải là kích thước mà là số phận của nó. Nó quay quanh hành tinh của mình gần hơn bất kỳ mặt trăng nào khác trong hệ Mặt Trời, lao quanh Sao Hỏa nhanh hơn cả tốc độ tự quay của chính Sao Hỏa, và đang từ từ rơi xuống. Trong vài chục triệu năm nữa, nó sẽ bị xé toạc — một kết cục khiến mặt trăng nhỏ bé, định mệnh này trở thành một trong những thiên thể thú vị nhất về mặt khoa học trong tầm với của tàu vũ trụ.

Khám phá và đặt tên

Phobos được tìm thấy vào ngày 17 tháng 8 năm 1877 bởi nhà thiên văn học người Mỹ Asaph Hall, làm việc tại Đài quan sát Hải quân Hoa Kỳ ở Washington trong một lần Sao Hỏa tiếp cận gần. Hall đã phát hiện mặt trăng mờ hơn, ở xa hơn là Deimos vài đêm trước đó và gần như đã từ bỏ việc tìm kiếm trong thất vọng; theo lời kể của chính ông, vợ ông, Angeline Stickney, đã thúc giục ông tiếp tục tìm kiếm, và ông đã tìm thấy Phobos sáu đêm sau người anh em của nó. Hai mặt trăng lấy tên từ hai người con trai song sinh của Ares, những người là hiện thân của sự sợ hãi (Phobos) và kinh hoàng (Deimos) trong thần thoại Hy Lạp.

Vợ của Hall được tôn vinh ngay trên chính mặt trăng này: Stickney, hố va chạm khổng lồ chiếm ưu thế ở một đầu của Phobos, mang họ thời con gái của bà. Nhiều đặc điểm khác của mặt trăng này được đặt tên theo những người có liên quan đến việc khám phá ra nó hoặc theo các nhân vật và địa danh trong tác phẩm Gulliver Du Ký của Jonathan Swift, trong đó các nhà thiên văn hư cấu của Laputa đã, một cách châm biếm, gán cho Sao Hỏa hai mặt trăng hơn một thế kỷ trước khi Hall thực sự tìm thấy chúng.

Một tiểu hành tinh bị bắt giữ, hay mảnh vụn của Sao Hỏa?

Phobos cực kỳ tối màu, chỉ phản xạ khoảng 7% ánh sáng chiếu vào nó, và bề mặt của nó gần giống với vật liệu giàu carbon, nguyên thủy như thấy trong các thiên thạch chondrite giàu carbon và các tiểu hành tinh loại D từ vành đai tiểu hành tinh phía ngoài. Sự tương đồng đó từ lâu đã gợi ý câu chuyện đơn giản nhất: Phobos là một tiểu hành tinh lang thang đã đến quá gần Sao Hỏa và bị bắt giữ. Vấn đề là quỹ đạo của nó gần như hình tròn và nằm gần như chính xác trong mặt phẳng xích đạo của Sao Hỏa, điều khó đạt được chỉ bằng việc bắt giữ đơn thuần.

Ý tưởng đối lập là Phobos và Deimos đã kết tụ từ một vành đai mảnh vụn bị bắn vào quỹ đạo bởi một va chạm khổng lồ trên Sao Hỏa — cùng cơ chế chung được cho là đã hình thành nên Mặt Trăng của Trái Đất. Mật độ thấp của nó, khoảng 1,88 g/cm³, và độ xốp nội tại ước tính gần 30% cho thấy một 'đống đá vụn' liên kết lỏng lẻo hơn là một khối đá đặc, phù hợp với vật liệu đã tái kết tụ từ các mảnh nhỏ hơn. Giải quyết câu hỏi này là mục tiêu trung tâm của các hoạt động thám hiểm sắp tới.

Stickney và những rãnh bí ẩn

Đặc điểm nổi bật nhất trên Phobos là hố va chạm Stickney, rộng khoảng 9 km trên một thiên thể chỉ rộng khoảng 22 km. Vụ va chạm tạo ra nó gần như đủ mạnh để làm vỡ tan mặt trăng; bụi mịn kể từ đó đã trôi xuống các vách trong của nó, để lại các vệt tối nơi các tảng đá đã lăn xuống đáy hố.

Tỏa ra khắp phần lớn Phobos là các rãnh dài, song song — thường sâu chưa đến 30 m, rộng từ 100 đến 200 m, và dài tới 20 km. Trong nhiều thập kỷ, các vết rạn này được cho là các vết nứt do va chạm Stickney để lại. Các mô hình gần đây hơn lại cho thấy chúng được tạo ra bởi các chuỗi tảng đá bị va chạm bắn ra, lăn và nảy trên bề mặt, trong khi các nhà nghiên cứu khác lập luận rằng một số rãnh là vết rạn kéo giãn do ứng suất thủy triều đang dần dần kéo mặt trăng này tách ra.

Mặt trăng nhanh nhất, gần nhất — và định mệnh diệt vong

Phobos quay quanh quỹ đạo chỉ cách tâm Sao Hỏa 9.376 km, chỉ cao khoảng 6.000 km trên bề mặt — gần hành tinh của nó hơn bất kỳ mặt trăng nào khác đã biết. Nó hoàn thành một vòng trọn vẹn chỉ trong 7 giờ 39 phút, khoảng ba lần mỗi ngày Sao Hỏa. Vì nó quay nhanh hơn tốc độ tự quay của Sao Hỏa, một người quan sát trên bề mặt Sao Hỏa sẽ thấy Phobos mọc ở phía tây và lặn ở phía đông, băng qua bầu trời hai lần một ngày, di chuyển đủ nhanh để các pha của nó có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Phobos bị khóa thủy triều, luôn giữ cùng một mặt bị dập nát hướng về Sao Hỏa.

Quỹ đạo thấp, nhanh đó cũng gây chết chóc. Tương tác thủy triều với Sao Hỏa đang kéo Phobos vào trong với tốc độ khoảng 2 mét mỗi thế kỷ. Trong khoảng 30 đến 50 triệu năm ước tính, nó sẽ hoặc va vào bề mặt Sao Hỏa, hoặc, khả năng cao hơn, vượt qua giới hạn Roche và bị thủy triều xé toạc thành một vành đai mảnh vụn tạm thời bao quanh hành tinh — một trường hợp hiếm hoi mà sự hủy diệt của một mặt trăng đã có thể được dự báo trước.

Các tàu vũ trụ đã ghé thăm

Phobos đã được chụp ảnh bởi gần như mọi sứ mệnh gửi tới Sao Hỏa. Tàu Mariner 9 đã gửi về những hình ảnh chi tiết đầu tiên vào năm 1971, các tàu quỹ đạo Viking đã ghi lại những cận cảnh sắc nét vào cuối những năm 1970, và những con mắt hiện đại — camera HiRISE của Tàu quỹ đạo Trinh sát Sao Hỏa và tàu Mars Express của ESA, vốn đã thực hiện nhiều lần bay ngang gần kể từ năm 2004 — đã lập bản đồ chi tiết các rãnh và Stickney của nó. Liên Xô đã dành hai tàu thăm dò, Phobos 1 và Phobos 2, cho mặt trăng này vào năm 1988; Phobos 2 đã gửi về một số dữ liệu trước khi mất liên lạc ngay trước lần tiếp cận gần theo kế hoạch. Nỗ lực thu hồi mẫu vật Fobos-Grunt của Nga đã thất bại trong việc rời khỏi quỹ đạo Trái Đất vào năm 2011.

Chương tiếp theo thuộc về Nhật Bản. Sứ mệnh Thám hiểm Các Mặt trăng Sao Hỏa (MMX) của JAXA dự kiến phóng vào cuối năm 2026, đi vào quỹ đạo Sao Hỏa, hạ cánh xuống Phobos để thu thập hơn 10 gram vật liệu bề mặt, và mang mẫu vật đó về Trái Đất vào khoảng năm 2031 — những mẫu vật đầu tiên từng được mang về từ hệ thống Sao Hỏa. Nếu Phobos thực sự là mảnh vụn của Sao Hỏa, một phần vật liệu đó thậm chí có thể là chính Sao Hỏa cổ đại, bị phóng vào không gian bởi vụ va chạm đã tạo ra mặt trăng này.