Оксиды углерода на спутнике Урана Ариэль намекают на скрытый океан, показал телескоп Уэбба

Мозаичное изображение спутника Урана Ариэль, полученное узкоугольной камерой «Вояджера-2» 24 января 1986 года. (<a href="https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01534">https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA01534</a>) Автор: NASA/Jet Propulsion Laboratory

Ученые предположили, что что-то доставляет углекислый газ на поверхность Ариэля. Некоторые поддерживают идею о том, что в результате взаимодействия между поверхностью Луны и заряженными частицами в магнитосфере Урана образуется углекислый газ в результате процесса, называемого радиолизом, при котором молекулы разрушаются под действием ионизирующего излучения.

Но новое исследование, опубликованное 24 июля в The Astrophysical Journal Letters, склоняет чашу весов в пользу альтернативной теории — что углекислый газ и другие молекулы выходят изнутри Ариэля, возможно, даже из подземного жидкого океана.

Используя космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба для сбора химических спектров Луны, а затем сравнивая их со спектрами смоделированных химических смесей в лаборатории, исследовательская группа под руководством Ричарда Картрайта из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Лорел, штат Мэриленд, обнаружила что Ариэль имеет одни из самых богатых углекислым газом отложений в Солнечной системе, общая толщина которых составляет около 10 миллиметров (0,4 дюйма) или более на ведомом полушарии Луны.

Среди этих отложений была еще одна загадочная находка: первые явные сигналы окиси углерода.

«Его просто не должно быть. Чтобы уровень угарного газа стал стабильным, необходимо опуститься до 30 Кельвинов (минус 405 градусов по Фаренгейту),» - сказал Картрайт. Тем временем температура поверхности Ариэля в среднем примерно на 65 F выше. «Несомненно, окись углерода придется активно пополнять».

Радиолиз все еще может быть ответственным за часть этого пополнения, добавил он. Лабораторные эксперименты показали, что радиационная бомбардировка водяного льда, смешанного с богатым углеродом материалом, может привести к образованию как углекислого газа, так и угарного газа. Таким образом, радиолиз может стать источником пополнения запасов и объяснить большое количество обеих молекул в ведомом полушарии Ариэля.

Но остается много вопросов о магнитосфере Урана и степени ее взаимодействия со спутниками планеты. Даже во время облета Урана «Вояджером-2» почти 40 лет назад ученые подозревали, что такие взаимодействия могут быть ограничены, поскольку ось магнитного поля Урана и плоскость орбиты его спутников смещены друг от друга примерно на 58 градусов. Последние модели подтвердили это предсказание.

Вместо этого основная часть оксидов углерода может возникнуть в результате химических процессов, которые происходили (или все еще происходят) в водном океане под ледяной поверхностью Ариэля, выходя либо через трещины в ледяной поверхности Луны, либо, возможно, даже через шлейфы извержений.

Более того, новые спектральные наблюдения намекают на то, что поверхность Ариэля также может содержать карбонатные минералы — соли, которые могут образовываться только в результате взаимодействия жидкой воды с горными породами.

«Если наша интерпретация этой карбонатной особенности верна, то это довольно важный результат, потому что это означает, что он должен был образоваться внутри», — сказал Картрайт. «Это то, что нам абсолютно необходимо подтвердить либо с помощью будущих наблюдений, моделирования, либо с помощью какой-либо комбинации методов».

Исследование 2023 года, проведенное Яном Коэном из APL, даже предположило, что Ариэль и/или его сестра-спутник Миранда могут излучать материал в магнитосферу Урана, в том числе, возможно, через шлейфы.

«Все эти новые открытия подчеркивают, насколько убедительна система Урана», — сказал Коэн. «Будь то открытие ключей к пониманию того, как сформировалась Солнечная система, лучшее понимание сложной магнитосферы планеты или определение того, являются ли эти спутники потенциальными океанскими мирами, многие из нас в сообществе планетологов действительно с нетерпением ждут будущей миссии по исследованию Урана. "

В 2023 году в рамках своего десятилетнего исследования по планетарной науке и астробиологии планетарное научное сообщество отдало приоритет первой специальной миссии к Урану, вселяя надежду на то, что научное путешествие к бирюзовому ледяному гиганту уже не за горами.

Картрайт видит в этом возможность собрать ценные данные о ледяных гигантах Солнечной системы и их лунах, потенциально несущих океаны, которые могут найти применение в мирах, открываемых в других звездных системах.

Но это также шанс наконец получить конкретные ответы, которые возможны только находясь в системе. Например, большинство наблюдаемых канавок Ариэля — предполагаемых отверстий внутрь — находятся на его задней стороне. Если углекислый газ и угарный газ каким-то образом просачиваются через эти канавки, это может дать альтернативное объяснение тому, почему их гораздо больше на задней стороне Ариэля.

«Это немного натянуто, потому что мы просто не видели большую часть поверхности Луны», — предупредил Картрайт. «Вояджер-2» за время своего короткого пролета захватил лишь около 35% поверхности Ариэля. «Мы просто не узнаем этого, пока не проведем более тщательные наблюдения», — сказал он.

Больше информации: Richard J. Cartwright et al, JWST Reveals CO Ice, Concentrated CO ₂ Deposits, and Evidence for Carbonates Potentially Sourced from Ariel's Interior, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad566a

Источник: Johns Hopkins University