태양계 4번째 행성인 화성은 2개의 위성을 가지고 있습니다.외궤도를 공전하는 데이모스는 1877년 8월 12일에 발견되었고, 내궤도를 공전하는 포보스는 6일 후인 8월 18일에 발견되었습니다.두 위성 모두 미국 천문학자 아사프 홀(Asaph Hall 1829~1907)이 당시 세계 최대의 망원경이었던 미국 해군 천문대의 26인치 굴절 망원경으로 발견했습니다.포보스와 데이모스는 그리스 신화 전쟁의 신 아레스(Ares, 로마 신화 Mars)의 쌍둥이 두 아들로 각각 공포와 패배를 의미합니다.
화성 위성을 발견한 미국 해군 천문대 굴절 망원경(출처: 위키피디아) 데이모스(15×12×11km)보다 큰 포보스의 직경은 27×22×18km입니다, 위성이 있는 행성 중 화성이 가장 작지만 나머지 5개 행성의 최대 위성 규모에 비해 포보스의 크기는 매우 작습니다.(지구 달 3475km, 목성 가니메데 5268km, 토성 타이탄 5149km, 천왕성 티타니아 1577km, 해왕성 트리톤 2707km)
화성 정찰위성이 촬영한 포보스(출처: NASA) 데이모스가 화성 외궤도를, 포보스가 내궤도를 공전합니다.포보스의 궤도 길이 반경은 약 9376킬로미터로 화성 반경의 약 2.76배입니다.최소 9234.42km, 최대 9517.58km 거리에서 7시간 39.2분 주기로 화성을 공전합니다.포보스는 태양계의 모든 위성 중 행성과 가장 가까운 거리에서 공전합니다.
화성과 두 위성의 실제 축적과 공전궤도(출처: 위키피디아)처럼 가까운 거리와 짧은 공전주기로 인해 화성 표면에서 볼 때 포보스는 약 11시간 6분마다 서쪽 하늘에서 떠올라 약 4시간 15분 만에 화성 하늘을 가로질러 동쪽으로 가라앉습니다.포보스의 공전궤도 경사각은 1.093°로 거의 화성 적도를 따라 공전하기 때문에 위도 70.4° 이상인 지역에서는 포보스를 볼 수 없습니다.화성 표면에서 보이는 포보스의 각지름은 지평선에서 0.13°, 남중시 0.20°로 지구에서 보는 달각지름의 1/3 수준입니다.
데이모스, 포보스, 달의 각지름(출처: NASA) 지평선에서 작아 보이는 이유는 관측자의 시각에서 그만큼 거리가 멀어지고 그것이 큰 차이를 보일수록 포보스가 화성과 가깝게 공전하기 때문입니다.
관측자 입장에서 본 천장과 지평선에서의 거리포 보스는 지구의 달처럼 모행성에 조석 고정되어 공전 주기와 자전 주기가 같고 항상 같은 면만 화성으로 향합니다.따라서 포보스의 한쪽 면에서는 항상 화성이 하늘에 위치하고 있지만 천구의 4분의 1을 차지할 정도로 거대해 보입니다.
포보스가 화성에 가깝고 화성 적도를 따라 공전하기 때문에 화성 지표면 위 어딘가에서 거의 매일 금환일식의 형태인 포보스의 태양면 통과 현상이 나타납니다.화성에서 보이는 태양의 각 지름은 0.32~0.39°이므로 0.13~0.20°의 포보스가 지구의 달처럼 태양을 완전히 가리는 개기일식 현상은 일어나지 않습니다.화성 표면에서 보는 포보스의 움직임이 매우 빠르기 때문에 태양면 통과 현상은 30초 정도면 끝납니다.
2013년 8월 20일 큐리오시티(왼쪽), 2004년 3월 10일 오퍼튜너티(오른쪽)가 화성 표면에서 촬영한 포보스의 태양면 통과(출처: NASA)
2005년 9월 17일 마스 글로벌 서베이어가 촬영한 화성 표면의 포보스의 그림자(출처: NASA) 포보스와 데이모스의 기원에 대해서는 몇 가지 가설이 존재합니다.우선 두 위성 모두 분광형, 반사율, 밀도 등이 C형 또는 D형 소행성과 유사해 소행성대에서 화성의 중력에 이끌려 포획됐다는 게 지금까지 가장 가능성이 높은 가설이었습니다.그러나 두 위성이 화성 적도 평면에서 거의 원형에 가까운 궤도를 공전하고 있다는 것을 설명하기에는 화성의 중력이나 대기 밀도가 너무 낮습니다.또한 포보스의 밀도가 1.887g/cm3로 단단한 암석이 아니며 약 30%가 비어 있는 다공성도 소행성 포획설과 일치하지 않습니다.지구의 달과 마찬가지로 형성 초기에 큰 천체와 충돌하여 떨어진 파편이라는 설이 유력합니다.
포보스의 적외선 촬영(출전: NASA) 포보스는 화성을 방문한 많은 탐사선들에 의해 근접 촬영되었습니다.1969년 매리너 7호(Mariner 7)에 의해 첫 촬영되었고 1977년 최초로 화성에 연착륙한 바이킹 1호(Viking 1)에 의해서도 탐사되었습니다.소련은 처음부터 포보스를 탐사하기 위한 1988년 포보스 계획(Phobos program)을 통해 2대의 탐사선을 보냈지만 포보스 1호는 도중 통신이 두절되고 소련 마지막 탐사선이 된 포보스 2호는 포보스 표면에서 50m까지 접근해 착륙선을 방출하기 직전 지구와의 통신이 두절됩니다.
1989년 2월 28일 포보스 2호가 촬영한 포보스(출처: 구글) 포보스에는 많은 크레이터가 존재하는데, 그 중 가장 큰 것은 지름 약 9km의 스틱니(Stickney)입니다.스틱니 주변에 방사된 홈은 스틱니를 발생시킨 충격의 결과물이라는 설과 화성의 기조력에 의한 변형이라는 가설이 대립하고 있습니다.포보스의 크레이터에는 조나단 스위프트(Jonathan Swift 1667~1745)의 ‘걸리버 여행기’에 등장하는 등장인물들과 포보스를 연구한 천문학자들의 이름이 붙여져 있습니다.
포보스의 주요 지형(출처: 위키백과) 포보스의 반사율은 C형 소행성과 유사한 0.017이며, 외형 등급은 11.8등급입니다.