Это открытие ставит под сомнение многие предположения об истории и составе спутника и может поставить его в один ряд с несколькими избранными мирами нашей Солнечной системы, где потенциально возможна жизнь.
«Обнаружение признаков океана внутри такого маленького объекта, как Миранда, невероятно удивительно», — сказал Том Нордхейм, учёный-планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, и соавтор исследования.
«Это помогает развить идею о том, что некоторые из этих спутников Урана могут быть по-настоящему интересными — что вокруг одной из самых далёких планет нашей Солнечной системы может быть несколько океанических миров, что одновременно захватывающе и странно».
Среди спутников Солнечной системы Миранда выделяется своей необычностью. На нескольких снимках, сделанных «Вояджером-2» в 1986 году, видно, что южное полушарие Миранды (единственная часть, которую мы видели) представляет собой бороздчатую поверхность, разделённую грубыми уступами и кратерами. Большинство исследователей предполагают, что эти причудливые структуры являются результатом приливных сил и нагрева внутри спутника.
Калеб Стром, аспирант Университета Северной Дакоты, работавший с Нордхеймом и Алексом Паттоффом из Института планетарных наук в Аризоне, повторно изучил снимки «Вояджера-2». Команда исследователей решила объяснить загадочную геологию Миранды, проведя обратный анализ поверхностных особенностей и двигаясь в обратном направлении, чтобы выяснить, какой должна была быть внутренняя структура спутника, чтобы сформировать его геологию в ответ на приливное воздействие.
После составления карты различных особенностей поверхности, таких как трещины, хребты и уникальные трапециевидные короны Миранды, команда разработала компьютерную модель для проверки нескольких возможных структур внутри спутника, сопоставив прогнозируемые модели напряжений с реальной геологией поверхности.
Модель, которая лучше всего соответствовала прогнозируемым моделям напряжений и наблюдаемым поверхностным особенностям, предполагала существование обширного океана под ледяной поверхностью Миранды около 100–500 миллионов лет назад. Согласно исследованию, глубина этого подземного океана составляла не менее 62 миль (100 километров), и он был скрыт под ледяной корой толщиной не более 19 миль (30 километров).
Учитывая, что радиус Миранды составляет всего 146 миль (235 километров), океан заполнил бы почти половину поверхности спутника. «Этот результат стал большим сюрпризом для команды», — сказал Стром.
Исследователи считают, что ключевую роль в формировании этого океана сыграли приливные силы между Мирандой и близлежащими спутниками. Эти регулярные гравитационные воздействия могут усиливаться орбитальными резонансами — конфигурацией, при которой период обращения каждого спутника вокруг планеты является точным кратным периодам обращения других спутников.
Например, у спутников Юпитера Ио и Европы резонанс 2:1: на каждые две орбиты, которые Ио совершает вокруг Юпитера, Европа совершает ровно одну, что приводит к возникновению приливных сил, которые, как известно, поддерживают существование океана под поверхностью Европы.
Эти орбитальные конфигурации и возникающие в результате приливные силы деформируют спутники, что приводит к трению и выделению тепла, которое поддерживает температуру внутри. Это также создаёт напряжение, которое приводит к растрескиванию поверхности, создавая богатую палитру геологических особенностей. Численное моделирование показало, что у Миранды и соседних с ней спутников, вероятно, в прошлом был такой резонанс, что позволяет предположить потенциальный механизм, который мог нагревать недра Миранды, создавая и поддерживая подповерхностный океан.
В какой-то момент орбитальный балет спутников десинхронизировался, замедлив процесс нагревания, так что внутренняя часть Миранды начала остывать и затвердевать. Но команда исследователей не думает, что внутренняя часть Миранды полностью замёрзла. Если бы океан полностью замёрз, объяснил Нордхейм, он бы расширился и вызвал появление характерных трещин на поверхности, которых там нет.
Это говорит о том, что Миранда всё ещё остывает и, возможно, под её поверхностью даже сейчас есть океан. Современный океан Миранды, вероятно, относительно тонкий, отметил Стром. «Но предположение о наличии океана внутри одного из самых далёких спутников Солнечной системы примечательно», — сказал он.
Предполагалось, что на Миранде не будет океана. Из-за её небольшого размера и возраста учёные считали, что она, скорее всего, представляет собой замёрзший шар изо льда. Предполагалось, что любое оставшееся после её образования тепло давно рассеялось. Но, как отметил Пэттофф, прогнозы относительно ледяных спутников могут быть ошибочными, о чём свидетельствует спутник Сатурна Энцелад.
До прибытия космического аппарата «Кассини» в 2004 году многие учёные считали Энцелад замороженным шаром изо льда и камня. Но на самом деле на нём был глобальный океан и происходили активные геологические процессы. «Мало кто из учёных ожидал, что Энцелад будет геологически активным, — сказал Пэттофф. — Однако прямо сейчас он выбрасывает водяной пар и лёд из своего южного полушария». Энцелад теперь является главной целью в поисках жизни за пределами Земли.
Миранда может быть похожим случаем. По размеру и составу она сравнима с Энцеладом, и, согласно исследованию 2023 года, проведённому Иэном Коэном из Лаборатории прикладной физики, она может активно выбрасывать материал в космос. Если на ней есть (или даже был) океан, она может стать объектом для изучения пригодности для жизни в будущем. Однако Нордхейм предупреждает, что мы ещё слишком многого не знаем о Миранде и спутниках Урана, чтобы делать предположения о существовании там жизни.
«Мы не узнаем наверняка, есть ли там океан, пока не вернёмся и не соберём больше данных, — сказал он. — Мы извлекаем максимум научной информации из изображений «Вояджера-2». Сейчас мы воодушевлены возможностями и с нетерпением ждём возвращения, чтобы подробно изучить Уран и его потенциальные океанические спутники».
Источник: The Planetary Science Journal, Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса
На изображении:
Ледяной спутник Урана Миранда, снятый космическим аппаратом «Вояджер-2» НАСА 24 января 1986 года.
Фото: NASA/Лаборатория реактивного движения — Калифорнийский технологический институт
Дополнительные материалы
