Считается, что Ариэль, один из спутников Урана, скрывает под своей поверхностью жидкий океан

Исследователи предполагают, что гигантский слой льда из углекислого газа, покрывающий поверхность Ариэля, одного из спутников Урана, происходит из жидкого океана, скрывающегося под поверхностью. Учитывая расстояние планеты и ее спутников от Солнца, этот лед должен испаряться в космос, если только внутренние процессы не будут постоянно его обновлять.

На поверхности Ариэля находится одно из крупнейших месторождений CO2 в Солнечной системе. Удивительно, но большая часть ледяного слоя CO2 планеты находится в ее «заднем полушарии» — том, которое всегда обращено в сторону Урана. Еще более удивительно то, что этот CO2 обычно не остается на поверхности спутника, учитывая его удаленность от Солнца.

На самом деле, из-за крутого наклона орбиты Урана один из полюсов спутника постоянно освещен солнцем летом, а другой постоянно погружен во тьму, и наоборот — зимой. Один сезон длится около 21 земного года. Предыдущие модели показали, что сезонные циклы должны лишать полюса CO2 и других летучих веществ, а затем концентрировать их в нижних широтах. Со временем этот CO2 постепенно испаряется в космос, что, по логике вещей, приводит к истощению поверхностных залежей.

Однако, учитывая количество, оставшееся на поверхности Ариэля, было высказано предположение, что CO2 в нем постоянно обновляется в результате активного процесса. Согласно одной из гипотез, это может происходить за счет радиолиза — реакции, при которой молекулы расщепляются под действием ионизирующего излучения магнитосферы Урана. Однако эта гипотеза является предметом споров из-за наклона орбиты планеты по отношению к орбитам его спутников (около 58°), что ограничивает магнитосферное взаимодействие.

Новое исследование, проведенное под руководством Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Мэриленде (США), предполагает, что в основе этого процесса обновления может лежать жидкий океан, погребенный под ледяной поверхностью Ариэля. Новые спектрометрические данные, полученные космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), позволяют предположить, что этот процесс имеет внутреннее происхождение, а не внешнее, как предполагается в гипотезе радиолиза.

Пополнение запасов CO2 и CO из недр

Для анализа спектра поверхности Ариэля команда авторов нового исследования использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec). Молекулы поглощают и отражают свет с характерными для них длинами волн. Проанализировав свет от естественного спутника с помощью сверхчувствительного спектрометра, исследователи смогли составить точное представление о молекулах, присутствующих на его поверхности. Затем эти данные были сравнены с данными, полученными при моделировании химических смесей в лаборатории.

Исследователи обнаружили, что на заднем полушарии Ариэля находится гигантский слой льда CO2 толщиной более 10 миллиметров, что согласуется с предыдущими наблюдениями. Однако впервые были обнаружены и четкие сигналы окиси углерода (CO), что привело экспертов в замешательство.

На самом деле, «их не должно быть. Для того чтобы угарный газ был стабильным, нужно опуститься до 30 Кельвинов [-243°C]«, — объясняет Ричард Картрайт, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters, в пресс-релизе Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Температура на поверхности Ариэля в среднем на 18°C выше. «Нет никаких сомнений в том, что угарный газ должен активно пополняться«, — предполагает эксперт.

По мнению команды, молекулы углерода могли появиться в результате химического процесса, происходящего в подземном жидком океане, и вырваться наружу либо через трещины в ледяном щите, либо через взрывные гейзеры. Предыдущие наблюдения показали, что поверхность заднего полушария Ариэля покрыта щелевидными каньонами, пересекающимися бороздами и гладкими участками, которые, как предполагается, являются результатом криовулканических выбросов. Это может свидетельствовать о том, что спутник геологически очень активен.

Однако «это немного натянуто, потому что мы еще не видели большую часть поверхности спутника«, — говорит Картрайт. На самом деле, во время своего единственного пролета вблизи Урана зонд «Вояджер-2″ запечатлел лишь около 35% поверхности Ариэля. «Мы не узнаем этого, пока не проведем более глубокие наблюдения«, — добавляет эксперт.

С другой стороны, другие спектрометрические наблюдения показали, что поверхность Ариэля может содержать карбонатные минералы. Они могут образовываться только в результате реакции между жидкой водой и некоторыми горными породами, что еще больше укрепляет гипотезу о существовании подземного жидкого океана. «Если наша интерпретация этой карбонатной особенности верна, то это довольно важный результат, поскольку он означает, что она должна была образоваться в недрах«, — говорит Картрайт.

Более того, радиолиз также может быть частично ответственен за пополнение запасов CO2 и CO на поверхности Ариэля. Лабораторные эксперименты показали, что радиационная бомбардировка водяного льда, смешанного с богатыми углеродом материалами, может привести к образованию обоих соединений. Однако эта доля все равно будет гораздо меньше, чем та, что образуется в результате внутренних процессов.

Исследователи надеются, что смогут подтвердить свои результаты с помощью дальнейших наблюдений и моделирования. Десятилетний обзор по планетологии и астробиологии, опубликованный в 2023 году, также указывает на необходимость определить приоритетность миссии, посвященной Уранической системе. Это может дать не только ценную информацию о загадочной системе, но и ключевые данные о формировании Солнечной системы и других планетарных систем.