Повторный анализ данных космического аппарата NASA Voyager вместе с новым компьютерным моделированием привел ученых NASA к выводу, что четыре из крупнейших спутников Урана, вероятно, содержат слой океана между их ядрами и ледяной коркой. Их исследование является первым, в котором подробно описана эволюция внутреннего состава и структуры всех пяти больших спутников: Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон и Миранда. Работа предполагает, что четыре луны содержат океаны, глубина которых может достигать десятков километров.
Всего вокруг Урана вращается не менее 27 спутников, четыре из которых самые большие, начиная от Ариэля с диаметром 1160 км и заканчивая Титанией с диаметром 1580 км. Ученые давно думали, что Титания, учитывая ее размеры, скорее всего, будет сохранять внутреннее тепло, вызванное радиоактивным распадом. Другие спутники ранее считались слишком маленькими, чтобы поддерживать температуру, необходимую для предотвращения замерзания внутреннего океана, особенно 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. Опубликованная работа может дать информацию о том, как будущая миссия может исследовать луны, но статья также имеет последствия, выходящие за пределы Урана.
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 NASA Galileo, Cassini, Dawn и New Horizons.
Исследователи использовали это моделирование, чтобы оценить, насколько пористыми являются поверхности спутников Урана, и обнаружили, что они, вероятно, достаточно изолированы, чтобы удерживать внутреннее тепло, необходимое для существования океана. Кроме того, они обнаружили то, что может быть потенциальным источником тепла в скалистых мантиях лун, 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, Ариэля, 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, по-видимому, 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, вероятно, сейчас замерзла.
Но внутреннее тепло не будет единственным фактором, влияющим на подповерхностный океан Луны. Ключевой вывод исследования предполагает, что хлориды, а также аммиак, вероятно, в изобилии содержатся в океанах крупнейших лун ледяного гиганта. Давно известно, что аммиак действует как антифриз. Кроме того, моделирование предполагает, что соли, которые, вероятно, присутствуют в воде, будут еще одним источником антифриза, поддерживая 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 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 глубокие внутренности на наличие жидкости. Поиск электрических токов, влияющих на магнитное поле Луны, как правило, является лучшим способом найти глубокий океан, как это сделали ученые миссии Галилео на спутнике Юпитера Европе. Однако 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.
