Телескоп Джеймса Уэбба обнаружил, что на спутнике Урана может быть скрытый океан

Используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), астрономы обнаружили, что Ариэль, спутник Урана, может скрываться в скрытом жидком водном океане. Это открытие может дать ответ на загадку, окружающую этот спутник Урана, которая озадачила ученых: тот факт, что поверхность Ариэля покрыта значительным количеством льда из углекислого газа.

Это озадачивает, поскольку на расстоянии Урана и его спутников от Солнца, в 20 раз дальше от Солнца, чем Земля, углекислый газ превращается в газ и теряется в космосе. Это означает, что какой-то процесс должен обновлять углекислый газ на поверхности Ариэля.

Предыдущие теории предполагали, что это происходит в результате взаимодействия между поверхностью Ариэля и заряженными частицами, захваченными магнитосферой Урана, которые обеспечивают ионизирующее излучение, разрушая молекулы и оставляя углекислый газ, процесс, называемый «радиолизом». Однако новые данные от JWST предполагают, что источник этого углекислого газа может быть не снаружи Ариэля, а внутри него, возможно, из скрытого подповерхностного океана.

Поскольку химические элементы и молекулы поглощают и излучают свет на характерных длинах волн, они оставляют индивидуальные «отпечатки пальцев» в спектрах. Команда, стоящая за этим открытием, использовала JWST для сбора спектров света от Ариэля, что помогло им нарисовать картину химического состава луны Урана.

Сравнение этого с моделированными спектрами химической смеси в лаборатории здесь, на Земле, показало команде, что Ариэль имеет одни из самых богатых углекислым газом отложений в Солнечной системе. Это не только добавило дополнительные 10 миллиметров (0,4 дюйма) толщины льду на стороне приливно заблокированного Ариэля, которая постоянно обращена в сторону от Урана, но и впервые выявило явные отложения оксида углерода.

«Его просто не должно быть там. Вам нужно опуститься до 30 кельвинов [минус 405 градусов по Фаренгейту], прежде чем оксид углерода станет стабильным», — заявил руководитель группы Ричард Картрайт из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (APL). «Оксид углерода должен активно пополняться, без вопросов». Это потому, что температура поверхности Ариэля в среднем примерно на 65 градусов по Фаренгейту (18 градусов по Цельсию) выше этой ключевой температуры.

Картрайт признает, что радиолиз может объяснить часть этого пополнения. Однако наблюдения, полученные в ходе пролета Вояджера-2 в 1986 году мимо Урана и его лун, а также другие недавние открытия показали, что взаимодействия, лежащие в основе радиолиза, могут быть ограничены, поскольку ось магнитного поля Урана и плоскость орбиты его лун смещены друг относительно друга примерно на 58 градусов. Это означает, что большинство соединений углерода и кислорода, обнаруженных на поверхности Ариэля, могли быть созданы в результате химических процессов в жидком водном океане, находящемся подо льдом Ариэля.

Холодный клиент Ариэль может иметь вулканический темперамент

Образовавшись в океане просачивающейся воды Ариэля, эти оксиды углерода могли затем выходить через трещины в ледяной оболочке спутника Урана или даже выбрасываться мощными эруптивными шлейфами.

Ученые уже давно подозревали, что потрескавшаяся и изборожденная шрамами поверхность Ариэля может указывать на наличие активных криовулканов, вулканов, которые выбрасывают струи ледяной жижи, а не лавы. Эти струи могут быть настолько мощными, что они выбрасывают материал в магнитное поле Урана. Большинство трещин и бороздок, которые можно увидеть на поверхности Ариэля, расположены на стороне луны, которая обращена от Урана.

Если углекислый газ и окись углерода просачиваются из этих образований на поверхность луны Урана, это может объяснить, почему эти соединения в большем количестве встречаются на этой задней стороне ледяного тела. JWST также обнаружил больше химических доказательств наличия подповерхностного океана жидкой воды. Спектральный анализ намекнул на присутствие карбонитов — солей, которые образуются, когда горная порода встречается и взаимодействует с жидкой водой.

«Если наша интерпретация этой карбонатной особенности верна, то это довольно важный результат, потому что это означает, что она должна была образоваться внутри», — объяснил Картрайт. «Это то, что нам абсолютно необходимо подтвердить, либо с помощью будущих наблюдений, моделирования, либо с помощью какой-то комбинации методов».

Уран и его луны не посещались космическим аппаратом со времен «Вояджера-2» почти четыре десятилетия назад, и это даже не было основной миссией космического аппарата. В 2023 году десятилетнее исследование планетарной науки и астробиологии подчеркнуло необходимость отдать приоритет специальной миссии в системе Урана. Картрайт считает, что такая миссия предоставит возможность собрать ценную информацию об Уране и Нептуне, другом ледяном гиганте Солнечной системы.

Такая миссия также может предоставить важные данные о других потенциально океаноносных лунах этих систем. Затем эту информацию можно будет применить к внесолнечным планетам или «экзопланетам» за пределами Солнечной системы. «Все эти новые идеи подчеркивают, насколько привлекательна система Урана», — сказал член команды и ученый Лаборатории прикладной физики НАСА Ян Коэн. «Независимо от того, хотим ли мы разгадать, как образовалась Солнечная система, лучше понять сложную магнитосферу планеты или определить, являются ли эти луны потенциальными океаническими мирами, многие из нас в планетарном научном сообществе с нетерпением ждут будущей миссии по исследованию Урана».