Исследование показало, что под поверхностью спутника Урана Миранды может находиться океан

Ледяной спутник Урана Миранда, запечатленный космическим аппаратом НАСА «Вояджер-2» 24 января 1986 года. Автор: NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech

Новое исследование предполагает, что под поверхностью спутника Урана Миранды может находиться водный океан. Это открытие ставит под сомнение многие предположения об истории и составе спутника и может поставить его в один ряд с немногими избранными мирами в нашей Солнечной системе, где потенциально возможна жизнь.

«Обнаружение доказательств существования океана внутри такого небольшого объекта, как Миранда, невероятно удивительно», — сказал Том Нордхайм, планетолог из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, и соавтор исследования, опубликованного в журнале The Planetary Science Journal.

«Это помогает развить историю о том, что некоторые из этих лун Урана могут быть действительно интересными — что вокруг одной из самых далеких планет в нашей Солнечной системе может быть несколько океанических миров, что одновременно и захватывающе, и странно».

Среди лун Солнечной системы выделяется Миранда. Несколько снимков, сделанных Вояджером-2 в 1986 году, показывают, что южное полушарие Миранды (единственная часть, которую мы видели) представляет собой мешанину из бороздчатой местности, разделенную на четыре части грубыми уступами и кратерированными областями, как квадраты на одеяле. Большинство исследователей подозревают, что эти странные структуры являются результатом приливных сил и нагрева внутри луны.

Кейлеб Штром, аспирант Университета Северной Дакоты, работавший с Нордхеймом и Алексом Паттоффом из Института планетологии в Аризоне, пересмотрел снимки Voyager 2. Команда решила объяснить загадочную геологию Миранды, проведя обратную разработку особенностей поверхности, и работая в обратном направлении, чтобы выяснить, какой должна была быть внутренняя структура луны, чтобы сформировать ее геологию в ответ на приливное воздействие.

После предварительного картирования различных особенностей поверхности, таких как трещины, хребты и уникальные трапециевидные короны Миранды, команда разработала компьютерную модель для проверки нескольких возможных структур недр спутника, сопоставляя прогнозируемые модели напряжений с фактической геологией поверхности.

Настройка, которая дала наилучшее соответствие между прогнозируемыми моделями напряжения и наблюдаемыми особенностями поверхности, требовала существования огромного океана под ледяной поверхностью Миранды около 100–500 миллионов лет назад. Этот подповерхностный океан был по меньшей мере 62 мили (100 километров) в глубину, согласно исследованию, и был скрыт под ледяной коркой толщиной не более 19 миль (30 километров).

Учитывая, что радиус Миранды составляет всего 146 миль (235 километров), океан заполнил бы почти половину тела луны. «Этот результат стал большим сюрпризом для команды», — сказал Штром.

Ключом к созданию этого океана, по мнению исследователей, были приливные силы между Мирандой и близлежащими лунами. Эти регулярные гравитационные тяги могут быть усилены орбитальными резонансами — конфигурацией, в которой период каждой луны вокруг планеты является точным целым числом периодов других.

Например, у спутников Юпитера Ио и Европы резонанс составляет 2:1: на каждые два оборота Ио вокруг Юпитера Европа совершает ровно один оборот, что приводит к возникновению приливных сил, которые, как известно, поддерживают существование океана под поверхностью Европы.

Эти орбитальные конфигурации и возникающие приливные силы деформируют луны, как резиновые мячи, что приводит к трению и теплу, которые поддерживают тепло внутри. Это также создает напряжения, которые растрескивают поверхность, создавая богатый гобелен геологических особенностей. Численное моделирование показало, что Миранда и ее соседние луны, вероятно, имели такой резонанс в прошлом, предлагая потенциальный механизм, который мог согреть внутренности Миранды, чтобы создать и поддерживать подповерхностный океан.

В какой-то момент орбитальный балет лун рассинхронизировался, замедлив процесс нагрева, так что внутренности луны начали остывать и затвердевать. Но команда не думает, что внутренности Миранды уже полностью замерзли. Если бы океан полностью замерз, объяснил Нордхейм, он бы расширился и вызвал бы определенные характерные трещины на поверхности, которых там нет.

Это говорит о том, что Миранда все еще остывает и даже сейчас может иметь под своей поверхностью океан. Современный океан Миранды, вероятно, относительно тонкий, отметил Штром. «Но предположение об океане внутри одной из самых далеких лун в Солнечной системе примечательно», — сказал он.

До прибытия космического аппарата «Кассини» в 2004 году многие ученые считали Энцелад замороженным шаром льда и камня. Но на самом деле там находился глобальный океан и активные геологические процессы. «Мало кто из ученых ожидал, что Энцелад будет геологически активным», — сказал Паттофф. «Однако, как мы уже говорили, он выбрасывает водяной пар и лед из своего южного полушария». Теперь Энцелад является главной целью в поисках жизни за пределами Земли.

Миранда может быть похожим случаем. По размеру и составу она сопоставима с Энцеладом, и, согласно исследованию 2023 года под руководством Яна Коэна из APL, она может активно выбрасывать материал в космос. Если на ней есть (или даже был) океан, она может стать будущей целью для изучения обитаемости и жизни. Однако Нордхейм предупреждает, что мы все еще слишком многого не знаем о Миранде и лунах Урана, чтобы рассуждать о существовании жизни.

«Мы не узнаем наверняка, есть ли там океан, пока не вернемся и не соберем больше данных», — сказал он. «Мы выжимаем из снимков Voyager 2 последние научные данные. Сейчас мы взволнованы возможностями и с нетерпением ждем возвращения, чтобы глубоко изучить Уран и его потенциальные океанические луны».

Раскрывая тайны ледяных лун Урана

Ледяные луны Урана завораживают ученых с тех пор, как «Вояджер-2» сделал их потрясающие снимки и собрал ценные данные о них во время своего короткого пролета в 1986 году. Это последнее исследование, проведенное Калебом Штромом и Томом Нордхеймом из APL, является частью более масштабных усилий APL по раскрытию секретов этих загадочных лун и необычной планеты, вокруг которой они вращаются:

• 2023: Группа ученых под руководством Яна Коэна из Лаборатории прикладной физики повторно проанализировала данные о частицах и магнитном поле, полученные в ходе пролета «Вояджера-2», и обнаружила, что спутники Урана Ариэль и Миранда могут выбрасывать вещество в космическое пространство вокруг Урана, возможно, через шлейфы.
• 2024: Ричард Картрайт из APL использовал наблюдения за спутником Урана Ариэлем с помощью космического телескопа НАСА «Джеймс Уэбб» для вывода о том , что на луне может быть подповерхностный океан, который пополняет поверхностные запасы льда из углекислого газа. Эту тему он представил на недавнем заседании Американского астрономического общества.

Больше информации: Caleb Strom et al, Constraining Ocean and Ice Shell Thickness on Miranda from Surface Geological Structures and Stress Modeling, The Planetary Science Journal (2024). DOI: 10.3847/PSJ/ad77d7

Источник: Johns Hopkins University