Une étude, dont les résultats intitulés «Accretion of Phobos and Deimos in an extended debris disc stirred by transient moons» sont publiés dans la revue Nature Geoscience, et disponibles en pdf, a permis, grâce à des simulations numériques de pointe, de montrer comment Phobos et Deimos, les deux petits satellites naturels de Mars, ont pu se former à partir des débris d’une collision titanesque entre Mars et un embryon de planète trois fois plus petit.

Notons tout d'abord qu'une étude complémentaire intitulée «Reconciling the orbital and physical properties of the martian moons», à paraître dans la revue The Astrophysical Journal, exclue, «sur la base d’arguments statistiques et en se fondant sur la diversité de composition des astéroïdes», l'hypothèse que Phobos et Deimos soient des astéroïdes capturés par Mars et aboutit à la conclusion que «le seul scénario compatible avec les propriétés de surface de Phobos et Deimos est celui d’un impact géant» (en effet, ce travail complémentaire montre, en particulier, «que la signature lumineuse émise par Phobos et Deimos est incompatible avec celle du matériau primordial qui aurait pu former Mars», autrement dit «des météorites de la classe des chondrites ordinaires, des chondrites à enstatite et/ou des angrites»).

En ce qui concerne l'étude ici présentée, pour la première fois, elle propose «un scénario complet et cohérent de formation de Phobos et Deimos, qui seraient nés des suites d’une collision entre Mars et un corps primordial trois fois plus petit, 100 à 800 millions d’années après le début de la formation de la planète».

Plus précisément, les débris de cette collision auraient tout d'abord «formé un disque très étendu autour de Mars, formé d’une partie interne dense, composée de matière en fusion et d’une partie externe très fine, majoritairement gazeuse». Une lune, «mille fois plus massive que Phobos» et aujourd’hui disparue, se serait alors formée «dans la partie interne de ce disque» et cet astre massif aurait produit des perturbations gravitationnelles dans le disque externe qui «auraient catalysé l’assemblage de débris» pour former en quelques milliers d’années une dizaine de petites lunes plus lointaines.

Enfin, une fois le disque de débris dissipé «plusieurs millions d’années plus tard», en raison des effets de marée avec Mars, «la plupart de ces satellites, dont la très grosse lune» sont retombés sur la planète, à l'exception des «deux petites lunes les plus lointaines, Phobos et Deimos».

Comme «à cause de la diversité des phénomènes physiques mis en jeu, aucune simulation numérique n’est capable de modéliser l’ensemble du processus», cette étude a dû «combiner trois simulations de pointe successives pour rendre compte de la physique de l'impact géant, de la dynamique des débris issus de l'impact et de leur assemblage pour former des satellites, et enfin de l'évolution à long terme de ces satellites».

Soulignons pour finir que la théorie de l’impact géant peut expliquer l'altitude plus basse de l’hémisphère nord de Mars par rapport à l’hémisphère sud : en effet, le bassin boréal est sans doute «la trace d’un impact géant, comme celui qui a in fine donné naissance à Phobos et Deimos». En outre, cette théorie permet «de comprendre pourquoi Mars a deux satellites et non un seul comme notre Lune, aussi née d’un impact géant», car les simulations suggèrent «que les systèmes de satellites formés dépendent de la vitesse de rotation de la planète» («à l’époque la Terre tournait très vite sur elle-même (en moins de quatre heures) alors que Mars tournait six fois plus lentement»).