Исследование крупных лун Урана показало, что четыре из них могут содержать воду

Их исследование стало первым, в котором подробно описана эволюция внутреннего состава и структуры всех пяти больших спутников: Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон и Миранда. Работа предполагает, что четыре из лун содержат океаны, глубина которых может достигать десятков миль.

Всего вокруг Урана вращается не менее 27 спутников, четыре из которых самые большие, начиная от Ариэль с диаметром 1160 километров и заканчивая Титанией с диаметром 1580 километров. Ученые давно думали, что Титания, учитывая ее размеры, будет сохранять внутреннее тепло, вызванное радиоактивным распадом. Другие спутники ранее считались слишком маленькими, чтобы удерживать тепло, необходимое для предотвращения замерзания внутреннего океана, потому что нагрев, создаваемый гравитационным притяжением Урана, является лишь незначительным источником тепла.

В Десятилетнем обзоре планетарных наук и астробиологии Национальной академии 2023 года приоритетное внимание уделялось изучению Урана. Готовясь к такой миссии, планетологи сосредотачиваются на ледяном гиганте, чтобы укрепить свои знания о загадочной системе Урана.

«Когда дело доходит до малых тел — карликовых планет и лун — ученые-планетологи ранее находили доказательства существования океанов в нескольких маловероятных местах, включая карликовые планеты Церера и Плутон, а также спутник Сатурна Мимас», — сказала ведущий автор Джули Кастильо-Рогез из Лаборатории реактивного движения НАСА. «Таким образом, есть механизмы, которые мы не до конца понимаем. В этой статье исследуется, что это может быть и как они связаны со многими телами в Солнечной системе, которые могут быть богаты водой, но имеют ограниченное внутреннее тепло».

В исследовании были пересмотрены результаты облетов Урана космическим аппаратом Voyager-2 в 1980-х годах и наземных наблюдений. Авторы построили компьютерные модели с дополнительными данными, полученными с помощью космических аппаратов НАСА Galileo, Cassini, Dawn и New Horizons (каждый из которых открыл миры с океаном), включая понимание химии и геологии спутника Сатурна Энцелада, Плутона, его спутника Харона и Цереры — все ледяные тела примерно такого же размера, как спутники Урана.

Ученые использовали это моделирование для оценки, насколько пористыми являются поверхности спутников Урана, и обнаружили, что они достаточно изолированы, чтобы удерживать внутреннее тепло, необходимое для существования океана. Кроме того, они обнаружили то, что может быть потенциальным источником тепла в каменистых мантиях спутников, которые выделяют горячую жидкость и помогают океану поддерживать теплую среду — сценарий, который особенно вероятен для Титании и Оберона, где океаны могут даже быть достаточно теплым, чтобы потенциально поддерживать обитаемость.

Изучая состав океанов, ученые могут узнать о материалах, которые могут быть обнаружены и на ледяных поверхностях спутников, в зависимости от того, были ли вещества под ними вытолкнуты снизу вверх в результате геологической активности. Имеются данные телескопов о том, что по крайней мере у одной из лун, Ариэль, есть материал, который стекал на ее поверхность, возможно, из ледяных вулканов относительно недавно.

Фактически, Миранда, самая внутренняя и пятая по величине луна, также имеет особенности поверхности, которые имеют недавнее происхождение, что позволяет предположить, что в какой-то момент она могла удерживать достаточно тепла, чтобы поддерживать океан. Недавнее тепловое моделирование показало, что Миранда вряд ли долгое время хранила воду: она слишком быстро теряет тепло и сейчас замерзла.

Но внутреннее тепло не будет единственным фактором, влияющим на подповерхностный океан Луны. Ключевой вывод исследования предполагает, что хлориды, а также аммиак в изобилии содержатся в океанах крупнейших лун ледяного гиганта. Давно известно, что аммиак действует как антифриз. Кроме того, моделирование предполагает, что соли, которые присутствуют в воде, будут еще одним источником антифриза, поддерживая внутренние океаны тела.

Остается еще много вопросов о больших спутниках Урана, считает Кастильо-Рогез, добавив, что предстоит проделать еще много работы: «Нам необходимо разработать новые модели для различных предположений о происхождении спутников Урана, чтобы направлять планирование будущих наблюдений».

Изучение того, что находится под и на поверхности этих спутников, поможет ученым и инженерам выбрать лучшие научные инструменты для их исследования. Например, определение возможного присутствия аммиака и хлоридов означает, что спектрометры, обнаруживающие соединения по их отраженному свету, должны будут использовать диапазон длин волн, охватывающий оба вида соединений.

Точно так же они могут использовать эти знания для разработки инструментов, которые могут исследовать глубины на наличие жидкости. Поиск электрических токов, влияющих на магнитное поле луны, обычно является лучшим способом найти глубокий океан, как это сделали ученые миссии Галилео на спутнике Юпитера Европе. Но холодная вода во внутренних океанах лун, таких как Ариэль и Умбриэль, может сделать океаны менее способными переносить эти электрические токи и поставить новые задачи перед учеными, работающими над выяснением того, что лежит под ними.