由祖先单卫星分裂直接形成火卫一与火卫二面临的挑战

火星卫星的起源与演化近年来被广泛争论。有观点认为火卫一与火卫二可能直接起源于一颗绕火星同步轨道附近运行的祖先卫星的分裂。据报告，在这一假想分裂中，内卫星（假定为火卫一）的远心点与外卫星（假定为火卫二）的近心点重合，即它们的半长轴分别位于火星同步轨道内外且具非零偏心率。然而，两颗卫星后续的轨道演化未被研究。在此，我们对卫星进行直接的 $N$ 体轨道积分，包含火星 $J_2$ 与 $J_4$ 项的扁率。我们表明，这两颗卫星在进动的同时，很可能在 $\sim 10^4$ 年内以 $v_{\rm imp} \sim 100-300$ m s$^{-1}$（约卫星逃逸速度的 $10-30$ 倍）且各向同性的撞击方向发生碰撞。撞击分别发生于内、外卫星的远心点与近心点附近，此种周期性轨道对齐的时标由进动调控。通过额外的撞击模拟，我们表明此类高速撞击很可能造成破坏性结果，在火星同步轨道附近形成碎屑环，并从中吸积出若干小卫星。这样的演化路径最终将形成不同于今日所见的火星卫星系统。因此，火卫一与火卫二似乎不太可能由单一祖先卫星直接分裂而来。