新たなモデルによると、初期の火星には土星のような環があり、再び環ができる可能性もある。この研究は、小惑星または別の天体から宇宙空間へ押し出された破片が約43億年前に赤い惑星へ激突し、惑星の環になったり、集まって衛星を形成したりするサイクルを繰り返していることを示唆している。
火星の北半球の約40％を占める大きな北極盆地、すなわちボレアリス盆地は、この衝突によって形成され、破片が宇宙空間へ飛ばされたという説がある。
「この大規模な衝突によって、火星の表面から環を形成するのに十分な量の物質が吹き飛ばされたでしょう」と、パデュー大学で物理学と天文学を専攻する博士課程の学生、アンドリュー・ヘッセルブロックは述べる。
新たなモデルによると、環が形成され、破片が惑星からゆっくり離れて広がるにつれて、破片は集まり始め、やがて衛星になった。時間の経過とともに火星の重力に引かれてその衛星は惑星へ近づき、ロッシュ限界に達したと考えられる。ロッシュ限界とは、重力だけでまとまっている天体が、惑星の潮汐力によって分解される距離である。
火星の衛星の一つであるフォボスは、惑星に近づいている。モデルによると、フォボスはロッシュ限界に達すると分解し、およそ7000万年後に環の集まりになる。
ロッシュ限界の位置によっては、このサイクルは数十億年の間に3回から7回繰り返された可能性がある。衛星が分解し、その結果できた環から再形成されるたびに、次の衛星は前の衛星より5分の1小さくなり、破片が惑星に降り注いだと考えられる。これは、火星の赤道付近で見つかった謎めいた堆積物を説明できる可能性がある。
「惑星の歴史の初期には、厚さが何キロメートルにも及ぶ衛星由来の堆積物が火星に降り注いでいたかもしれません。火星には、どのようにしてできたのか説明のつかない謎めいた堆積物があります」と、地球・大気・惑星科学の助教デービッド・ミントンは述べる。「そして今、その物質を研究できる可能性があります。」
別の説では、北極盆地を形成した火星への衝突によって43億年前にフォボスができたとされるが、ミントンは、衛星がそれほど長い間存続したとは考えにくいと述べる。
さらに、フォボスは火星から遠く離れた場所で形成され、火星の2つの衛星のうち外側を回るダイモスとの共鳴領域を通過したはずだ。共鳴とは、木星の大型衛星の場合と同様に、2つの衛星が周期的に繰り返し互いに重力の影響を及ぼす現象である。共鳴領域を通過することで、フォボスはダイモスの軌道を変えたはずだ。しかし、ダイモスの軌道は火星の赤道から1度以内にあり、フォボスの影響を受けていないことが示唆される。
「ダイモスが形成されて以来、その軌道にはほとんど変化がありません」とミントンは述べる。「フォボスがこれらの共鳴領域を通過していたなら、軌道は変わっていたはずです。」
カリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所のリチャード・ズレクは、NASAの火星偵察オービターのプロジェクト科学者を務める。同機による重力マッピングは、北部低地が大規模な衝突によって形成されたという仮説を裏付けた。
「この研究は、大規模な衝突が惑星の天体に影響を及ぼすさまざまな仕組みをさらに明らかにしています」と彼は述べる。
