Работа основана на новом моделировании и исследует, как океаны могли существовать в неожиданных местах нашей Солнечной системы.
Повторный анализ данных с космического аппарата NASA «Вояджер» наряду с новым компьютерным моделированием привел ученых NASA к выводу, что четыре из крупнейших спутников Урана, вероятно, содержат слой океана между их ядрами и ледяной корой. Их исследование является первым, в котором подробно описана эволюция внутреннего состава и структуры всех пяти больших лун: Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон и Миранда. Работа предполагает, что на четырех из лун находятся океаны, глубина которых может достигать десятков миль.
В общей сложности вокруг Урана вращается по меньшей мере 27 спутников, причем четыре крупнейших из них расположены от Ариэля, имеющего 1160 километров в поперечнике, до Титании, которая имеет 1580 километров в поперечнике. Ученые долгое время думали, что Титания, учитывая ее размеры, скорее всего, сохранит внутреннее тепло, вызванное радиоактивным распадом. Ранее другие спутники считались слишком маленькими, чтобы удерживать тепло, необходимое для предотвращения замерзания внутреннего океана, особенно потому, что нагрев, создаваемый гравитационным притяжением Урана, является лишь незначительным источником тепла.
Десятилетний обзор планетологии и астробиологии Национальной академии наук на 2023 год отдал приоритет изучению Урана. В рамках подготовки к такой миссии ученые-планетологи сосредотачиваются на ледяном гиганте, чтобы расширить свои знания о таинственной системе Урана. Опубликованная в Журнале геофизических исследований, новая работа может рассказать о том, как будущая миссия может исследовать спутники, но статья также имеет последствия, выходящие за рамки Урана, сказала ведущий автор Джули Кастильо-Роджес из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Исследователи использовали это моделирование, чтобы оценить, насколько пористы поверхности спутников Урана, обнаружив, что они, вероятно, достаточно изолированы, чтобы удерживать внутреннее тепло, которое было бы необходимо для размещения океана. Кроме того, они обнаружили то, что может быть потенциальным источником тепла в скалистых мантиях спутников, которые выделяют горячую жидкость и помогли бы океану поддерживать теплую среду – сценарий, который особенно вероятен для Титании и Оберона, где океаны могут быть даже достаточно теплыми, чтобы потенциально поддерживать обитаемость.
Исследуя состав океанов, ученые могут узнать о материалах, которые могут быть найдены и на ледяных поверхностях спутников, в зависимости от того, были ли вещества под ними подняты снизу геологической активностью. Есть доказательства с помощью телескопов, что по крайней мере на одном из спутников, Ариэле, есть материал, который попал на его поверхность, возможно, из ледяных вулканов, относительно недавно.
Фактически, на Миранде, самой внутренней и пятой по величине луне, также имеются особенности поверхности, которые, по-видимому, имеют недавнее происхождение, что позволяет предположить, что в какой-то момент на ней могло сохраняться достаточно тепла, чтобы поддерживать океан. Недавнее тепловое моделирование показало, что на Миранде вряд ли долго была вода: она слишком быстро теряет тепло и, вероятно, сейчас заморожена.
Но внутреннее тепло не было бы единственным фактором, способствующим образованию подповерхностного океана на Луне. Ключевой вывод исследования предполагает, что хлориды, а также аммиак, вероятно, в изобилии содержатся в океанах крупнейших спутников ледяного гиганта. Давно известно, что аммиак действует как антифриз. Кроме того, моделирование предполагает, что соли, вероятно присутствующие в воде, будут еще одним источником антифриза, поддерживающим внутренние океаны тела.
Изучение того, что находится под и на поверхности этих спутников, поможет ученым и инженерам выбрать лучшие научные инструменты для их исследования. Например, определение того, что аммиак и хлориды могут присутствовать, означает, что спектрометры, которые обнаруживают соединения по их отраженному свету, должны использовать диапазон длин волн, который охватывает оба вида соединений.
Аналогичным образом, они могут использовать эти знания для разработки инструментов, которые могут исследовать глубокие недра на наличие жидкости. Поиск электрических токов, которые влияют на магнитное поле Луны, как правило, является лучшим способом найти глубокий океан, как это сделали ученые миссии Galileo на спутнике Юпитера Европе. Однако холодная вода во внутренних океанах таких спутников, как Ариэль и Умбриэль, может сделать океаны менее способными переносить эти электрические токи и создаст новый вид проблемы для ученых, работающих над выяснением того, что находится под ними.