Чотири великі супутники Урана можуть мати воду

Повторний аналіз даних космічного корабля NASA «Вояджер» разом із новим комп’ютерним моделюванням привів вчених NASA до висновку, що чотири з найбільших супутників Урана, ймовірно, містять шар океану між своїми ядрами та крижаною кіркою.

Їхнє дослідження є першим, де детально описується еволюція внутрішнього складу та структури всіх п’яти великих супутників: Аріель, Умбріель, Титанія, Оберон і Міранда. Дослідники припускають, що чотири супутники містять океани глибиною в десятки кілометрів.

Супутникова система Урана

Загалом, щонайменше 27 супутників оточують Уран. При цьому серед них чотири найбільші — від Аріеля, діаметр якого становить 1160 кілометрів, до Титанії, що має діаметр 1580 кілометрів.

Вчені давно вважали, що Титанія, враховуючи її розмір, швидше за все зберігає внутрішнє тепло, викликане радіоактивним розпадом. Інші супутники раніше вважалися занадто малими, щоб утримувати тепло, необхідне для запобігання замерзанню внутрішнього океану, особливо тому, що нагрівання, створене гравітаційним тяжінням Урана, є лише незначним джерелом тепла.

Нова робота, опублікована в Journal of Geophysical Research , може дати інформацію про те, як майбутня місія може досліджувати супутники, але стаття також має наслідки, що виходять за межі Урана, вважає провідний автор Джулі Кастільо-Рогез з Лабораторії реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії.

«Що стосується малих тіл — карликових планет і супутників — планетологи раніше знаходили докази існування океанів у кількох малоймовірних місцях, включаючи карликові планети Церера й Плутон, а також супутник Сатурна Мімас».

За її словами, діють механізми, які ми до кінця не розуміємо. У цій статті досліджується, що це може бути і як вони стосуються багатьох тіл у Сонячній системі, які можуть бути багаті водою, але мають обмежене внутрішнє тепло.

У дослідженні були переглянуті висновки прольотів НАСА “Вояджер-2” повз Уран у 1980-х роках і наземних спостережень. Автори створили комп’ютерні моделі, доповнені додатковими висновками NASA Galileo, Cassini, Dawn і New Horizons (кожен з яких відкрив океанські світи), включаючи розуміння хімії та геології супутника Сатурна Енцелада, Плутона та його супутника Харона та Церери. Усі ці крижані тіла приблизно такого ж розміру, як супутники Урану.

Що лежить зверху і знизу

Дослідники використовували це моделювання, щоб оцінити, наскільки пористими є поверхні супутників Урану, виявивши, що вони, ймовірно, достатньо ізольовані, щоб утримувати внутрішнє тепло, яке було б необхідне для розміщення океану. Крім того, вони виявили, що може бути потенційним джерелом тепла в кам’янистих мантіях супутників, які виділяють гарячу рідину, і допомагають океану підтримувати тепле середовище – сценарій, який особливо вірогідний для Титанії та Оберона, де океани можуть навіть бути достатньо теплими, щоб потенційно підтримувати життєздатність.

Досліджуючи склад океанів, вчені можуть дізнатися про матеріали, які також можуть бути знайдені на крижаних поверхнях супутників, залежно від того, чи були речовини підштовхнуті знизу геологічною активністю. Телескопи свідчать про те, що принаймні один із супутників, Аріель, має матеріал, який відносно недавно витік на його поверхню, можливо, з крижаних вулканів.

Насправді Міранда, найглибший і п’ятий за величиною супутник, також має поверхневі особливості, які, здається, виникли нещодавно, що свідчить про те, що він, можливо, утримував достатньо тепла, щоб у певний момент підтримувати океан. Нещодавнє термічне моделювання показало, що Міранда навряд чи буде довго зберігати воду: вона надто швидко втрачає тепло і, ймовірно, зараз замерзла.

Але внутрішнє тепло не буде єдиним фактором, що впливає на океан під поверхнею супутника. Ключовий висновок дослідження показує, що хлориди, а також аміак, ймовірно, у великій кількості містяться в океанах найбільших супутників крижаного гіганта. Давно відомо, що аміак діє як антифриз. Крім того, моделювання припускає, що солі, ймовірно присутні у воді, будуть іншим джерелом антифризу, який підтримує внутрішні океани тіл.

Ще багато питань

Звичайно, є ще багато питань щодо великих супутників Урана, тому ще багато потрібно зробити роботи, вважає Кастільо-Рогес.

«Нам потрібно розробити нові моделі для різних припущень щодо походження супутників, щоб керувати плануванням майбутніх спостережень».

Дослідження того, що лежить під і на поверхні цих супутників Урана, допоможе вченим та інженерам вибрати найкращі наукові інструменти для їх дослідження. Наприклад, визначення того, що аміак і хлориди можуть бути присутніми, означає, що спектрометри, які виявляють сполуки за відбитим світлом, повинні використовувати діапазон довжин хвиль, який охоплює обидва типи сполук.

Крім того, вони можуть використовувати ці знання для розробки інструментів, які можуть досліджувати глибину рідини. Пошук електричних струмів, які впливають на магнітне поле супутника, як правило, є найкращим способом знайти глибокий океан, як це зробили вчені місії Галілео на супутнику Юпітера Європі. Проте холодна вода у внутрішніх океанах супутників, таких як Аріель і Умбріель, може зробити океани менш здатними переносити ці електричні струми, і стане новим викликом для вчених, які працюють над з’ясуванням того, що лежить під ними.