Menší a vnější měsíc Marsu, hladký prachový svět bezpečně obíhající nad synchronní drahou s mikrogravitací.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Objev v srpnu 1877
2.Pozorování z marsovské oblohy
3.Hladký svět pod tlustou vrstvou prachu
4.Mikrogravitace: Únik na jízdním kole

Deimos: Vnější prachový měsíc Marsu

Deimos (v řecké mytologii bůh děsu a dvojče Phobosu) je menším a vnějším ze dvou přirozených satelitů planety Mars. S rozměry přibližně $15 \times 12 \times 11\text{ km}$ je jedním z nejmenších známých měsíců planet ve Sluneční soustavě.

Na rozdíl od svého dramatického bratra Phobosu se Deimos těší zcela odlišnému osudu: obíhá bezpečně nad synchronní drahou Marsu, což znamená, že se od planety nepatrně vzdaluje. Navíc je pokryt mimořádně silnou peřinou prachového regolitu, která zarovnala téměř všechny terénní nerovnosti a dodává měsíci neobvykle hladký vzhled.

1. Objev v srpnu 1877 #

Deimos objevil americký astronom Asaph Hall v noci na 12. srpna 1877 pomocí velkého čočkového dalekohledu Námořní observatoře USA ve Washingtonu. Hall objevil Deimos šest dní před Phobosem, neboť vnější měsíc se nachází dále od oslnivého jasu planety a jeho slabý svit byl snáze polapitelný.

Názvy obou měsíců navrhl Henry Madan ze slavné koleje v Etonu, který se inspiroval patnáctým zpěvem Homérovy Iliady, kde bůh války Árés svolává své dva věrné syny a služebníky – Strach (Phobos) a Děs (Deimos).

2. Pozorování z marsovské oblohy #

Deimos obíhá Mars v průměrné vzdálenosti $23,463\text{ km}$ od středu planety ( $20,000\text{ km}$ nad povrchem) s periodou 30 hodin a 18 minut.

Vzhledem k tomu, že marsovský den (sol) trvá 24 hodin a 37 minut, Deimos obíhá jen o málo pomaleji, než jakou rychlostí se Mars otáčí kolem své osy:

Pomalý poutník oblohou: Pro marsovského pozorovatele vychází Deimos na východě, ale po obloze se pohybuje nesmírně pomalu. Trvá celých 2,7 marsovského dne (cca 65 hodin), než urazí dráhu od východního k západnímu obzoru!
Jasná hvězda bez detailů: Protože je malý a vzdálenější, na obloze Marsu se nejeví jako zřetelný disk, nýbrž jako oslnivě zářící bod – podobně jako večerní Venuše při pohledu ze Země (jeho zdánlivý úhlový průměr je pouhé 2 obloukové minuty, což je na hranici rozlišovací schopnosti lidského oka).

3. Hladký svět pod tlustou vrstvou prachu #

Zatímco Phobos je posetý ostrými krátery a protkán hlubokými rýhami, snímky Deimosu ze sond Viking 1, Mars Global Surveyor a Mars Reconnaissance Orbiter odhalily překvapivě hladký, sametový povrch.

Důvodem je silná vrstva prachového regolitu o mocnosti až 100 metrů. Když do Deimosu narazí mikrometeorit, vyvržený materiál sice unikne z tělesa, ale gravitace Marsu jej udrží na blízké oběžné dráze, odkud pomalu padá zpět na Deimos a zaplňuje krátery jako husté sněhové závěje. Dva největší pojmenované krátery na Deimosu nesou jména slavných literátů: Swift (průměr $1\text{ km}$ , po Jonathanu Swiftovi, který existenci dvou měsíců Marsu záhadně předpověděl v Gulliverových cestách v roce 1726) a Voltaire (průměr $1,9\text{ km}$ ).

4. Mikrogravitace: Únik na jízdním kole #

Gravitace na Deimosu je mikroskopická: dosahuje pouhých $0,003\text{ m/s}^2$ (zhruba třítisícina pozemského tíhového zrychlení). Člověk vážící na Zemi 80 kg by na povrchu Deimosu vážil pouhých 25 gramů!

Úniková rychlost činí pouhých $5,6\text{ m/s}$ ( $20\text{ km/h}$ ). To znamená, že atlet s dobrým rozběhem, člověk skákající z trampolíny nebo cyklista jedoucí na horském kole by z povrchu Deimosu mohl dosáhnout druhé kosmické rychlosti a odletět do meziplanetárního prostoru.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

Geodynamika a orbitální stabilita Deimosu: Pozitivní slapový drift, únikové pole a porovnání s Phobosem

Deimos ( $M = 1{,}476 \times 10^{15}\text{ kg}$ , $R_m = 6{,}2\text{ km}$ , $\rho = 1,471\text{ kg/m}^3$ ) je vnějším satelitem Marsu obíhajícím vně synchronního gravitačního poloměru $a_{\text{sync}}$ .

1. Orbitální mechanika a sekulární vzdalování (pozitivní drift) #

Hlavní poloosa Deimosu činí $a = 23,463\text{ km}$ . Porovnáním se synchronním poloměrem Marsu $a_{\text{sync}} \approx 20,428\text{ km}$ zjišťujeme:

a > a_{\text{sync}} \implies n < \Omega_M

Kde:

$n = 5{,}760 \times 10^{-5}\text{ rad/s}$ je střední pohyb Deimosu ( $P = 1{,}263\text{ dne}$ )
$\Omega_M = 7{,}088 \times 10^{-5}\text{ rad/s}$ je úhlová rychlost rotace Marsu

Protože Mars rotuje rychleji, než Deimos obíhá, slapové vzedmutí na Marsu předbíhá polohu měsíce o kladný fázový úhel $\delta > 0$ . Tento točivý moment předává Deimosu orbitální moment hybnosti:

\frac{da}{dt} = +3 \frac{k_{2, M}}{Q_M} \frac{M_D}{M_M} \left( \frac{R_M}{a} \right)^5 n a > 0

Vzhledem k extrémně nízké hmotnosti Deimosu ( $M_D \approx 1{,}48 \times 10^{15}\text{ kg}$ , což je $7\times$ méně než Phobos) a velké vzdálenosti ( $a^{-5}$ ) je tempo sekulárního vzdalování naprosto nepatrné:

\frac{da}{dt} \approx +10^{-6}\text{ m/století}

Deimos je orbitálně mimořádně stabilní a na rozdíl od Phobosu mu v dohledné době desítek miliard let nehrozí pád na planetu ani slapový rozpad.

2. Gravitační potenciál triaxiálního elipsoidu a úniková rychlost #

Tvar Deimosu je aproximován trojosým elipsoidem o poloosách $a_e = 7{,}5\text{ km}$ , $b_e = 6{,}1\text{ km}$ , $c_e = 5{,}2\text{ km}$ . Gravitační potenciál s uvážením odstředivé síly v synchronní rotaci:

\Phi(x, y, z) = -G \int_V \frac{\rho(\mathbf{r}')}{|\mathbf{r} - \mathbf{r}'|} dV' - \frac{1}{2} n^2 (x^2 + y^2)

Efektivní gravitační zrychlení na povrchu:

g_{\text{eff}} = \sqrt{\left(\frac{\partial\Phi}{\partial x}\right)^2 + \left(\frac{\partial\Phi}{\partial y}\right)^2 + \left(\frac{\partial\Phi}{\partial z}\right)^2} \approx 0{,}0030-0{,}0039\text{ m/s}^2

Úniková rychlost $v_{\text{esc}}$ z polárního vs. sub-marsovského bodu:

v_{\text{esc}} = \sqrt{2 |\Phi_{\text{surf}} - \Phi_{L1}|} \approx 5{,}56\text{ m/s}

Hodnota $v_{\text{esc}} = 5{,}6\text{ m/s}$ ( $20\text{ km/h}$ ) znamená, že tepelná rychlost lehkých atomů i impaktní vyvrženiny při mikrometeoritickém bombardování překračují záchytnou mez tělesa, avšak zůstávají vázány v marsovské Hillově sféře, což vede k efektivnímu opětovnému gravitačnímu dosedání prachových částic.

3. Vědecké reference a primární literatura #

[1] Hall, A. (1877). Discovery of the Satellites of Mars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 38(4), 205–208.
[2] Thomas, P. C., et al. (1993). The shapes, volumes, and bulk densities of Phobos and Deimos. Icarus, 105(1), 170–178.
[3] Veverka, J. (1977). Photometry of Deimos and Phobos. Icarus, 31(2), 217–229.
[4] Canup, R., & Salmon, J. (2018). Origin of Phobos and Deimos by the impact of a Vesta-to-Ceres sized body with Mars. Science Advances, 4(4), eaar6887.

Literatura a vědecké reference

Thomas et al.: The shapes, volumes, and bulk densities of Phobos and Deimos. Icarus, Vol 105, Issue 1, pp. 170–178 (1993)[online]
Canup & Salmon: Origin of Phobos and Deimos by impact. Science Advances, Vol 4, Issue 4, eaar6887 (2018)[online]

Typ	Přirozený satelit (prachový asteroidální typ)
Materske telesa	Mars
Objevitel	Asaph Hall
Datum objevu	12. srpna 1877
Metoda objevu	Teleskopické pozorování (refraktor 66 cm USNO)
Průměr / Rozměry	15,0 × 12,2 × 10,4 km
Stredni prumer	12,4 km
Hmotnost	1,476 × 10^15 kg
Prumerna hustota	1,471 g/cm³
Povrchova gravitace	0,003 m/s² (0,0003 g)
Úniková rychlost	5,6 m/s (20 km/h)
Stredni vzdalenost od marsu	23 463 km (cca 20 000 km nad povrchem)
Obezna doba	30 h 18 min (delší než den Marsu)
Geometrické albedo	0,068 (velmi tmavé těleso)
Dominantni kratery	Swift (1 km), Voltaire (1,9 km)
Tloustka regolitu	Až 100 m jemného prachu

Hmotnost M	1,4762(15) × 10^15 kg
Objem V	1 003 ± 25 km³
Hustota rho	1 471 ± 40 kg/m³
Hlavni poloosa a	23 463 km (0,0001568 AU)
Excentricita e	0,00033 (téměř kruhová)
Sklon drahy i	0,93° k rovníku Marsu
Sekularni drift da dt	> 0 (vzdaluje se od Marsu)
Synchronni vazba	Oboustranně vázaná rotace
Porovnani s phobosem	7× lehčí, 2,5× vzdálenější, orbitálně stabilní

Deimos

Deimos

Obsah hesla

Deimos: Vnější prachový měsíc Marsu

1. Objev v srpnu 1877 #

2. Pozorování z marsovské oblohy #

3. Hladký svět pod tlustou vrstvou prachu #

4. Mikrogravitace: Únik na jízdním kole #

Geodynamika a orbitální stabilita Deimosu: Pozitivní slapový drift, únikové pole a porovnání s Phobosem

1. Orbitální mechanika a sekulární vzdalování (pozitivní drift) #

2. Gravitační potenciál triaxiálního elipsoidu a úniková rychlost #

3. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Deimos

Obsah hesla

Deimos: Vnější prachový měsíc Marsu

1. Objev v srpnu 1877 #

2. Pozorování z marsovské oblohy #

3. Hladký svět pod tlustou vrstvou prachu #

4. Mikrogravitace: Únik na jízdním kole #

Geodynamika a orbitální stabilita Deimosu: Pozitivní slapový drift, únikové pole a porovnání s Phobosem

1. Orbitální mechanika a sekulární vzdalování (pozitivní drift) #

2. Gravitační potenciál triaxiálního elipsoidu a úniková rychlost #

3. Vědecké reference a primární literatura #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík