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Die beiden Marsmonde Phobos und Deimos, 1877 von Asaph Hall (1829–1907) entdeckt, haben ähnliche Eigenschaften. Beide besitzen eine recht unregelmäßige Form und haben eine sehr dunkle Oberfläche, die nur etwa fünf Prozent des Sonnenlichts reflektiert. Phobos, mit bis zu 27 Kilometern Durchmesser der größere der beiden Marsmonde, weist eine Vielzahl von Einschlagkratern auf, von denen Stickney mit zwölf Kilometern und Hall mit fünf Kilometern Durchmesser die größten sind. Der kleinere Deimos in größerer Entfernung zum Mars ist nur bis zu 15 Kilometer groß und besitzt deutlich weniger sichtbare Krater. Bilddaten der Viking-Missionen zeigen, dass seine Oberfläche stärker von einer Staubschicht, dem Regolith, bedeckt ist als die von Phobos.

Marsmonde Phobos (links) und Deimos (rechts). (© NASA/JPL-Caltech/UofA)Marsmonde Phobos (links) und Deimos (rechts). (© NASA/JPL-Caltech/UofA)Der Ursprung der beiden Marsmonde ist noch nicht eindeutig geklärt – mehrere Entstehungsmodelle werden diskutiert: Eine Theorie hält eine Entstehung von Mars und beiden Monden in einem gemeinsamen Prozess für wahrscheinlich. Eine weitere Theorie geht davon aus, dass es sich bei beiden Monden um Kleinkörper handele, die im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter entstanden sind und von der Schwerkraft des Mars eingefangen wurden. Ein weiteres viel beachtetes Modell besagt jedoch, dass die beiden Monde nach einem sehr großen Asteroideneinschlag in der Frühzeit des Mars entstanden sein könnten. Demnach bildeten die Trümmer des Einschlags eine Ringscheibe um den Mars. Durch Wechselwirkung der Materialien in der Ringscheibe bildeten sich mehrere kleine Körper, die zum Teil wieder auf den Mars stürzten. Phobos und Deimos sind demnach die beiden letzten Überbleibsel dieser Ansammlung kleiner Körper.

Auch Phobos scheint diesem Schicksal entgegenzusehen. Wegen des geringen Abstands zum Mutterplaneten ist Phobos starken Gezeitenkräften ausgesetzt. Die Auswertung von Mars-Express-Daten bestätigt, dass er sich dem Mars auf einer spiralförmigen Bahn nähert und in ca. 40 bis 70 Millionen Jahren wegen der dann immer stärker an ihm zerrenden Gezeitenkräften auseinanderbrechen und auf den Planeten stürzen wird. Die russische Sonde Phobos Grunt, die den Mond eingehend untersuchen sollte, scheiterte bei ihrem Start Ende 2011. Weitere Phobos-Missionen sind für die frühen 2020er-Jahre geplant.