小小的火星卫星火卫一和火卫二的奇怪形状和颜色引发了人们对它们起源的长期争论。这些卫星的暗面类似于太阳系外的原始小行星，这表明这些卫星可能是很久以前在火星引力作用下捕获的小行星。但卫星轨道的形状和角度并不符合这种捕捉场景。根据发表在美国地球物理联盟出版的《地球物理研究期刊-行星》上的一项新研究：重新审视火星全球探测者任务20年前的数据，支持了火星卫星是在对火星巨大撞击后将大量岩石送入轨道后形成的这一观点。
这个数据集包含了火卫一由哪些物质组成的未知线索，这些物质可能比表面看起来更像红色星球的外壳。纽约石溪大学(Stony Brook University)地质学家、这项新研究的主要作者蒂姆·格洛奇(Tim Gloch)说：有趣的是，利用一个未被充分利用的旧数据集，对一些想法进行了挖掘。马克·弗里斯(Marc Fries)是行星科学家，也是美国宇航局约翰逊太空中心(Johnson Space Center)的宇宙尘埃策展人说：无法解释相邻行星上两颗卫星的起源，是科学家们对卫星形成认识上的一个明显缺陷。
清理它将有助于解释其他卫星和行星是如何在我们的太阳系和太阳系以外形成。新研究并没有揭开谜团，但它是朝着正确方向迈出的一步。“火卫一”和“火卫二”的起源问题是一个有趣谜团，因为我们有两个相互对立的假设，它们不可能都是正确。不认为这是月球起源之谜的最终解决方案，但它将有助于推动讨论向前推进。从早期的行星科学开始，关于火星卫星起源的争论已经使科学家们“分裂”了几十年。在可见光下，火卫一和火卫二看起来比火星暗得多，这为采用假设提供了依据。
火卫一，火星上两颗小卫星中较大的一颗，2010年由火星快车机器人拍摄到靠近火星边缘的照片。图片：G. Neukum (FU Berlin) et al., Mars Express, DLR, ESA; Acknowledgement: Peter Masek
黑暗对象
科学家通过分光度计将物体反射的光线分解成组成颜色，从而形成独特的视觉“指纹”，从而研究物体的矿物组成。通过比较行星表面的光谱指纹和已知物质的光谱库，可以推断出这些遥远天体的组成。大多数对小行星组成的研究都是在可见光和近红外光中研究它们的光谱，这仅仅超出了人类在可见光谱中红色一面的视觉范围内光谱。在可见光和近红外光下，火卫一和D类小行星看上去几乎一样，也就是说，它们的光谱几乎没有特征，因为它们太暗了。D级小行星几乎和煤一样黑，因为和煤一样，它们也含有碳。
这项新的研究比较了来自塔吉什湖流星体整体(右)和地面(左)芯片的中红外光谱与1998年由火星全球探险家航天器从火卫一收集的光谱。图片：AGU
火卫一的这一暗面导致了一种假设，即卫星是一颗被捕获的小行星，飞得离火星有点太近了。但是研究火星卫星轨道的科学家认为，它们不可能被捕获。这些科学家相信，这些卫星一定是在火星形成的同时形成，或者是在火星形成早期对它巨大撞击所造成的结果。如果你和那些非常擅长轨道动力学的人交谈，并弄清楚为什么某些天体会以这样的方式运行，他们会说，考虑到火卫一轨道的倾斜度和细节，它几乎不可能被捕捉到。所以光谱学家说的是一回事，而动态学家说的却是另一回事。
热指纹
研究人员用另一种角度来看待这个问题：与“体温”处于相同范围的中红外线，观察了火卫一的热量特征，这是1998年由一种仪器捕捉到，将其描述为火星全球探测器上携带的一种奇特温度计。这个机器人航天器一生中的大部分时间都在俯视火星，但当火卫一经过附近时，它会快速地看一眼，然后进入围绕火星的更近轨道。热辐射就像可见光一样，可以分解成一系列的“颜色”。即使是在可见光下看上去是黑色的物体也可能在独特的红外光谱中发光。虽然火卫一很冷，但它的热谱却有明显特征。将火星全球探险者观测到的火卫一中红外光谱与落在不列颠哥伦比亚省塔吉什湖附近的陨石样本进行了比较
2014年“好奇号”月球车拍摄了三幅图片，其中一幅火卫一是在火星夏普山上拍摄的。图片：NASA / JPL / MSSS / Justin Cowart CC-BY-3.0
有些科学家认为这是D类小行星的碎片，以及其他岩石类型。在实验室里将样本置于类似火卫一的冷真空条件下，从上到下加热它们，以模拟从晴天到太空中无空气物体阴面的极端温度变化。发现在这些波长范围内，塔吉什湖陨石看上去一点也不像火卫一，事实上与火卫一最接近的，或者说光谱中至少有一个特征，是磨碎的玄武岩，这是一种常见的火山岩，大部分火星地壳都是由它构成。这让我们相信，火卫一可能是火星历史上早期撞击的残留物。
行星外壳烘烤？
新研究并不认为火卫一完全是由来自火星的物质构成，但新研究结果与月球上包含的一部分行星地壳是一致的，也许是行星碎片和撞击物体残余物的混合作用所造成的结果。塔吉什湖陨石是不寻常的，也许不是D级小行星的最好例子，可以与火卫一进行令人信服的比较。这项新研究不太可能得出确切的答案，因为火卫一受到太空风化的影响，这影响了它的反射光谱，而且很难在实验室中复制。有趣的是，玄武岩和富含碳材料的混合物与火卫一匹配是合适的。
另一种可能是火星附近富含碳的太空尘埃聚集在近轨道卫星上，使其表面变暗。如果火星月球探测飞船和OSIRIS-Rex和Hayabusa 2小行星探险者完成任务，收集样本并将它们送回地球进行分析，科学家们可能会在未来几年找到火卫一的起源答案。9月21日Hyabusa 2在名为Ryugu的小行星上着陆了两个微型机器人。真正酷的是，这是一个可验证的假设，因为日本人正在开发一项名为MMX的任务，它将进入火卫一，收集样本并带回地球供我们分析。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《地球物理研究》（Journal of Geophysical Research: Planets）｜研究/来自：美国地球物理联盟，DOI: 10.1029/2018JE005647
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