W czwartek 8 lutego 2024 roku łazik Perseverance zaobserwował tranzyt Fobosa przed tarczą słoneczną, czyli marsjańskie zaćmienie Słońca.
Mars, w przeciwieństwie do Ziemi, posiada dwa naturalne księżyce: Fobos (z gr. Strach) oraz Deimos (z gr. Trwoga).
Fobos obiega Marsa po orbicie eliptycznej o mimośrodzie 0,0151 w średniej odległości 9 375 km od planety w czasie 7h 39m, a jego orbita nachylona jest pod kątem 26,04° względem ekliptyki. Deimos obiega Marsa w odległości 23 458 km po orbicie prawie kołowej, której mimośród wynosi 0,0003, a jej kąt nachylenia do płaszczyzny ekliptyki to 27,58°. Czas jednego pełnego obiegu Deimosa wokół Marsa zajmuje 1d 6h 18m. Oba satelity obiegają Czerwoną Planetę prawie w płaszczyźnie jej równika. Orbita Fobosa nachylona jest pod kątem 1,093°, zaś orbita Deimosa 0,93°. Ze względu na niewielką odległość księżyców od planety oraz w związku z tym, że ich orbity leżą praktycznie w płaszczyźnie równika, nie mogą być one obserwowane z każdego miejsca na Marsie. Fobos jest widoczny maksymalnie do 70,4° szerokości areograficznej, zaś Deimos, z racji, że znajduje się dalej, może być obserwowany do 82,7° szerokości areograficznej.
Księżyce Marsa są nieregularnymi bryłami o rozmiarach 27 km x 21,4 km x 19,2 km w przypadku Fobosa i 15 km x 12,2 km x 11 km w przypadku Deimosa. Ze współczesnych oszacowań wynika, że powierzchnia pierwszego satelity jest niewielka i wynosi 1 548,3 km2, zaś jego objętość to 5 729 km3, przy masie zaledwie 1,072*1016 kg. Powierzchnia Deimosa wynosi natomiast 483,05 km2, a jego objętość 998 km3. Masa tego księżyca jest jeszcze mniejsza, bo stanowi 1,476*1015 kg. Czas obrotu obu satelitów wokół własnych osi jest równy ich obiegowi wokół Czerwonej Planety. Podobnie jak ziemski Księżyc, który zawsze zwrócony jest ku Ziemi tą samą stroną, tak Fobos i Deimos zawsze są zwrócone tą samą stroną ku Marsowi. Przypuszcza się, że w przeszłości oba księżyce mogły obracać się szybciej, wykonując pełne obroty wokół własnej osi w czasie krótszym od czasu obrotu Marsa wokół jego osi. Osie te były prawdopodobnie prostopadłe do płaszczyzny ich orbit. Siły pływowe wyhamowały ruch obrotowy satelitów i w chwili obecnej ich obrót jest zsynchronizowany. Z powyższych danych wynika, że oba księżyce na marsjańskim niebie nie osiągają imponujących rozmiarów. Patrząc na fotografie Fobosa i Deimosa zauważyć można, że ich powierzchnie usiane są kraterami. Jak donosi literatura astronomiczna, oba satelity przypominają meteoryty z grupy chondrytów węglistych.
Fobos widziany z różnych stron. Źródło: NASA
Deimos widziany z różnych stron. Źródło: NASA
Fobos obserwowany na równiku w zenicie, który ponadto znajduje się w pobliżu perycentrum, osiąga rozmiary kątowe 11,6’, co wizualnie stanowi około 1/3 rozmiarów naszego naturalnego satelity. Księżyc w pobliżu horyzontu, znajduje się dalej od obserwatora, zatem jego rozmiary kątowe są wówczas mniejsze i wynoszą 8’, czyli wydaje się około 1,5 razy mniejszy niż w zenicie.
Zmiany odległości Fobosa od obserwatora podczas jego ruchu na sferze niebieckiej. Źródło: Stanisław R. Brzostkiewicz, Czerwona planeta
Fobos, ze względu na swój krótki czas obiegu wokół Marsa, porusza się z prędkością kątową większą od prędkości kątowej planety obracającej się wokół własnej osi, co powoduje, że wschodzi na zachodzie i zachodzi na wschodzie. Podczas przebywania nad horyzontem, które trwa około 4 godzin i 15 minut, można zaobserwować ponad połowę jego faz. Podczas pełni jego jasność stanowi w przybliżeniu blask ziemskiego Księżyca znajdującego się w pierwszej kwadrze, czyli około -8,8m. Mniejsza jasność wynika z tego, że ma mniejsze rozmiary, a albedo jego powierzchni wynosi zaledwie 0,071.
Deimos jest jeszcze mniejszym ciałem niebieskim. Krąży po orbicie większych rozmiarów, dalej od Fobosa, zatem porusza się wolniej niż obrót Marsa wokół własnej osi, w związku z czym wschodzi na wschodzie i zachodzi na zachodzie, a nad horyzontem przebywa do 2,7 godziny. Czas, jaki upływa między dwoma jego wschodami lub zachodami wynosi około 132 godzin. Rozmiary kątowe Deimosa znajdującego się najbliżej obserwatora wynoszą około 3’, co powoduje, że jest on trudno odróżnialny od zwykłych gwiazd. Jego maksymalna jasność osiągana podczas pełni ma wartość około -4,8m i jest porównywalna do jasności Wenus na ziemskim niebie. Albedo jego powierzchni jest nieco mniejsze od Fobosa - wynosi 0,068.
Zaćmienie księżyców Marsa oraz ich tranzyt przed tarczą słoneczną
Aby doszło do zaćmienia księżyców Marsa oraz ich tranzytów przed tarczą słoneczną, potocznie nazywanych marsjańskim zaćmieniem Słońca, Fobos i Deimos muszą znajdować się blisko swoich węzłów orbitalnych. Mechanizm zaćmień, zarówno księżycowych jak i słonecznych, jest identyczny, jak na Ziemi. Na Czerwonej Planecie można zatem obserwować obrączkowe oraz częściowe zaćmienia Słońca, a także księżycowe zaćmienia całkowite, częściowe oraz półcieniowe. Zaćmienia na Marsie zachodzą wtedy, kiedy występuje tam pora równonocy. Przy takim położeniu na orbicie, na planecie rozpoczyna się okres zaćmień. W ciągu roku marsjańskiego, który trwa 669 dni marsjańskich (687 dni ziemskich) dochodzi do około 1 700 zaćmień Fobosa w ciągu 206 dni oraz około 170 zaćmień Deimosa w ciągu 69 dni. Podczas każdej doby marsjańskiej można zatem obserwować po 3 zaćmienia. Na równiku planety możliwy jest także tranzyt na tle tarczy słonecznej obu księżyców, ale tylko podczas równonocy.
Podwójne zaćmienie Słońca na Marsie w wyniku tranzytu dwóch jego księżyców. Źródło: Stanisław R. Brzostkiewicz, Czerwona planeta
Podczas tranzytu Fobosa przed tarczą słoneczną, na powierzchni Marsa przemieszcza się z dużą prędkością owalna plama, będąca przecięciem nieregularnego stożka cienia księżyca z powierzchnią planety. Kiedy obserwator znalazłby się w środku tego obszaru, mógłby zaobserwować zaćmienie obrączkowe, które niestety nie będzie tak efektowne, jak na Ziemi.
Cień Fobosa przesuwający się po powierzchni Marsa. Źródło: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
Każdemu zaćmieniu księżycowemu towarzyszy zaćmienie Słońca. Zaćmienie słoneczne na Marsie nie trwa zbyt długo. To wywołane przez Fobosa trwa maksymalnie 40 sekund, zaś tranzyt Deimosa na tle tarczy słonecznej zajmuje nieco więcej czasu, ale wynosi maksymalnie 2 minuty. Zaćmienie księżycowe trwa trochę dłużej. W samym stożku cienia marsjańskiego Fobos pozostaje do około godziny, a czas zanurzenia Deimosa w stożku cienia Marsa trwa do 4 godzin. W trakcie okresu równonocy na tle tarczy słonecznej można obserwować zakrycia jednego księżyca przez drugi. Zaćmienia zachodzące na Marsie nie są tak efektywne, jak ziemskie. Podczas zaćmienia Fobosa czas trwania zaćmienia częściowego jest niezwykle krótki, dominują zaćmienia całkowite.
Tranzyt Fobosa przed tarczą Słońca (potocznie nazwany zaćmieniem Słońca na Marsie) zaobserwowany przez łazik Perseverance 2 kwietnia 2022 roku. Źródło: NASA
Obecnie kończy się okres zaćmień księżyców marsjańskich oraz tranzytów tych satelitów na tle tarczy słonecznej. Ostatnia równonoc na Czerwonej Planecie wystąpiła 12 stycznia 2024 roku. Następna równonoc na Marsie (wiosenna na półkuli północnej i jesienna na południowej) będzie miała miejsce 12 listopada br. Nieco wcześniej rozpocznie się kolejny okres występowania zaćmień księżycowych i tranzytów przed tarczą słoneczną na marsjańskim niebie.
Los Fobosa
Analizując orbitę ziemskiego Księżyca wiadomo, że nasz naturalny satelita oddala się od Ziemi. A jaki los czeka Fobosa? Z mechaniki nieba wynika, że w wyniku oddziaływania sił przypływowych, okres jego obiegu skraca się o 0,000001 sekundy podczas każdego obiegu. Odległość satelity od Marsa zmniejsza się zatem w tempie 1,8 metra na każde stulecie. Po upływie około 50 milionów lat Fobos przekroczy granicę Roche’a, a jego dalsze losy zależą od jego wewnętrznej budowy. Jeśli okaże się obiektem twardym i zwartym, wówczas spadnie na powierzchnię Marsa. W wypadku księżyca mniej zwartego i bardziej kruchego, po przekroczeniu granicy Roche’a, siły przyciągania grawitacyjnego spowodują jego rozerwanie, a wokół planety utworzy się pierścień.
Autor: dr Grzegorz Duniec, Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB
Opracowanie: Magda Maszewska
Ilustracja: Marsjański tranzyt Fobosa przed tarczą słoneczną 8 lutego 2024 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech/ASU
