據外媒報道，Ryuki Hyodo博士分享了日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）即將進行的火星衛星MMX任務背後的科學知識，以及這次火星領域之旅的獨特之處。
今年2月，全世界都驚奇地看着三個太空任務接連抵達火星。阿聯酋的希望號任務將捕捉火星氣候的全球視野，而中國的天問一號則側重於火星地質學，並計劃向火星表面釋放一個登陸器和漫遊車。第三個是美國宇航局的毅力號漫遊車，它在火星的傑澤羅隕石坑完成了一次驚人的着陸，它將在那裡尋找過去生命的證據，並收集樣本以便將來返回地球。
在ISAS，研究人員以特別敏銳的目光注視着這一進展。在短短几年後，他們即將嘗試同樣的壯舉，訪問火星衛星。火星衛星發射（MMX）任務計劃在2024財政年度發射。基本上忽略了火星的存在，該航天器將把其觀測儀器套件的重點放在衛星上，即火衛一Phobos 和火衛二Deimos。該任務計劃在火衛一上着陸並收集樣本，於2029年帶回地球。科學家們認為，正是這些貧瘠的衛星包含了太陽系早期的證據，以及可居住性是如何在下面的星球上繁榮和死亡的。
Ryuki Hyodo博士是ISAS太陽系科學部門的研究員，致力於模擬這些衛星的形成過程。Hyodo擁有該研究所獨立的ITYF（國際頂尖青年研究員）職位之一；該計劃旨在支持和促進來自世界各地處於職業生涯早期階段的優秀研究人員。他解釋說，圍繞火衛一和火衛二的第一個謎團是它們是如何出現在那裡的。事實上，對於這些衛星是如何形成的，主要有兩種相互競爭的理論。
Hyodo解釋說：“有一種捕獲理論，即一個經過的小天體在重力作用下被火星捕獲。這是歷史上提出的，並且得到了這些衛星與D型小行星的光譜相似性的支持。”
小行星主要位於火星和木星之間圍繞太陽運行的適當命名的“小行星帶”中。科學家根據小行星可以從其表面反射的光的波長的相似性將其分為不同類型。這種”光譜”與小行星的組成有關。D型小行星因其顏色非常深而引人注目。D型小行星所反射的少量光線是在較長的紅色和紅外線波長。
雖然現在有許多不同的小行星在小行星帶中運行，但它們不同的組成指向了分佈在早期太陽系中的形成地點。這對於試圖繪製資源的創造和移動圖的科學家來說是很有趣的，特別是那些諸如生命所需的水和有機物。
如果火衛一和火衛二是D型小行星的例子，它們接近火星並被拉入軌道，那麼來自火衛一的樣本可以告訴科學家關於太陽系中最早形成的有機分子的形成和運輸。但並非所有人都相信這種形成方案。
“第二個選擇是巨大的撞擊起源，”Hyodo說。“與火星的一次大型撞擊，噴射出的物質在火星周圍形成一個碎片盤。”
這樣的撞擊可能是Borealis 盆地的起源；這是火星上最大的盆地，覆蓋了該星球表面的40%的巨大面積。導致Utopia或Hellas等較小的盆地的撞擊 ，也可能產生了足夠的碎片來形成這些衛星。
“即使在較小的盆地形成事件中，撞擊速度也是相似的，”Hyodo指出。“區別只是撞擊的質量。這導致了撞擊噴出物的熱力學結果相似。”
熱力學指的是碎片盤中的熱能，並決定了一些特性，例如有多少碎片盤材料是熔化的，有多少將被汽化。由此產生的材料成為火衛一和火衛二的組成部分，因為它碰撞並凝聚成了這兩個衛星。
圓盤內的形成可以解釋火衛一和火衛二在火星赤道周圍同一平面內的近圓形軌道。一個巨大的撞擊也被認為創造月球，但是由於阿波羅任務返回的月球表面的樣本，那裡的證據更加清晰。
“就我們的月球而言，阿波羅號的樣本有力地表明，月球曾經是熔融的，月球和地球在同位素上非常相似，”Hyodo解釋說。
同位素是同一種元素的原子，由於原子核中的中子數量不同，其重量略有不同。兩個不僅由相似的物質組成，而且由相同的同位素平衡組成的天體，非常有可能分享共同的構建塊，支持來自地球的物質形成月球的撞擊情景。巨大撞擊中的能量也會導致熔化的物質。
“就火星衛星而言，它們的動力學（軌道）支持一個巨大的撞擊形成，”Hyodo繼續說。”然而，如果沒有像阿波羅號那樣的樣本，我們無法確定火星及其衛星上發生了什麼。”
爭論的不僅是衛星的最初形成，還有接下來發生了什麼。最近的一系列論文提出了不同的方案，說明這些衛星可能在一次巨大的撞擊后發展。
“重要的是要注意，這些作品都假設了撞擊的情況，”Hyodo開始說道。”它們之間的區別是在巨大的撞擊發生后發生了什麼，影響了火衛一的潮汐演變。”
火衛一和火衛二曾經是一個單一的天體，它本身在幾十億年前受到了一次撞擊，把它分成了兩個。這個建議的方案是基於衛星的軌道可能由於來自火星的潮汐而發生變化，詳細的模擬仍然需要進行。
“粒子積累是一個混亂的過程，”Hyodo指出，他描述了在巨大撞擊的碎片盤內形成的衛星的計算機模擬情況。”有時我們只形成一顆衛星，有時則形成三顆衛星。如果一顆衛星最初是由巨大的撞擊形成的，後來被摧毀一分為二，那麼這個故事就有可能發生。”
由MMX航天器收集的火衛一材料樣本將為回到地球的科學家提供分析火星衛星的機會，就像從阿波羅樣本中解讀我們自己月球的歷史一樣。Hyodo證實，這將有助於解決各種理論之間的退化問題。
他聲稱：”如果樣本包括大量的火星物質以及揮發性耗損，那麼答案就是巨大的撞擊起源，而不是捕獲。”
由Hyodo運行的模擬證實，任何由巨型撞擊產生的碎片應該包括大約50%的火星物質，其餘的來自於撞擊者。撞擊還將產生強烈的加熱（大約1730攝氏度），因此容易變成氣體（揮發性物質）的元素將被汽化並逃逸。
“棘手的部分是火衛一的長期演變，”Hyodo承認。”對月球重力場的詳細測量以及澄清內部結構的觀察將是制約火星引力的潮汐如何對月球進行拉動的關鍵。制約表面年齡也很重要，因為每一種說法都表明我們今天所知道的火衛一最終積累的時間不同。”
Hyodo強調說，無論是捕獲還是巨大的撞擊方案，來自火衛一的樣本將揭示出大量關於行星如何形成的信息。
他說：”如果捕獲方案是正確的，我們將獲得原始材料，這將增強我們對這些東西組成的理解，可能包括第一批有機物。如果巨大的撞擊方案被證明是正確的，我們將收集來自古代火星的樣本；來自火星上發生巨大撞擊的時間。”
“通過MMX，我們將研究一顆小小的衛星，”Hyodo說。”但這不僅是關於衛星，也是關於太陽系物質和來自火星的物質。”
也許令人驚訝的是，火衛一的樣本將不可避免地包含火星過去的部分。這意味着，無論衛星是如何形成的，從MMX帶回的樣本實際上將是第一個火星樣本返回。
“對我們來說，幸運的是，火衛一的軌道離火星非常近！”Hyodo解釋說。”火星上的小行星撞擊不斷地從火星的各個地方噴射出物質，這可以很容易地轉移到火衛一的表面，而不會有強烈的撞擊衝擊損害。”
在地球上收集的火星隕石是由堅硬的火成岩形成的，因為從火星上發射出來的強烈衝擊–伴隨着星際旅行，以及進入地球的大氣層破壞了任何更脆弱的東西。但是，從火星上噴出並降落在火衛一上的穀物有一個更容易的發射和旅程，而且即使是脆弱的有機物也被認為能夠在旅行中倖存下來。甚至火星古老大氣層中的離子也被認為被困在火衛一面向紅色星球的一面。
火星顆粒中的放射性元素將能夠確定這些顆粒在火星表面形成的時間。這為MMX提供了一個獨特的樣本，該樣本從火星表面各處收集，並對其整個歷史進行測定；這是一個名副其實的關於該星球可能的可居住性和衰退的記錄。這種收集的可能性是MMX任務專註於衛星而不是行星本身的原因之一。
“NASA毅力號將以驚人的細節研究傑澤羅隕石坑，”Hyodo說。“但是信息僅限於傑澤羅隕石坑。這可能不是火星整個演化的典型情況。相比之下，MMX收集的噴出物將來自火星表面的任何地方，沒有這種偏見，但代價是MMX的樣本中只有一小部分來自火星。因此，MMX和毅力號將發揮多樣性與細節的互補作用，我們可以一起向全面了解火星的演變邁進。”