Сотни спутников Солнечной системы подобны кусочкам головоломки. Вместе они составляют картину всех сил, которые могут создавать и изменять их, а также сил, формирующих нашу Солнечную систему. Один из них — Миранда, одна из 28 известных лун, вращающихся вокруг ледяного гиганта Урана. Миранда — самая маленькая из крупных лун, ее диаметр составляет 471 км.
Новое исследование показывает, что эта относительно небольшая и далекая луна может что-то скрывать: подземный океан.
Миранда выделяется среди других спутников по одной причине: ее поверхность представляет собой причудливое лоскутное одеяло из перемешанного ландшафта. Встречаются кратерированные участки, грубые уступы и бороздчатые участки. Возможно, здесь находится самая высокая скала в Солнечной системе — 20-километровый обрыв под названием Верона Рупес. Многие исследователи полагают, что его поверхность деформирована приливным нагревом в результате гравитационного взаимодействия с некоторыми другими спутниками Урана.
Новое исследование в The Planetary Journal призвано объяснить запутанную геологию Миранды. Он называется «Ограничение толщины океана и ледяного панциря на Миранде на основе поверхностных геологических структур и моделирования напряжений». Ведущий автор — Калеб Стром, аспирант Университета Северной Дакоты.
«Найти свидетельства существования океана внутри такого маленького объекта, как Миранда, невероятно удивительно»,
Том Нордхейм, соавтор и ученый-планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса
Когда дело доходит до Миранды, ученым особо нечего сказать. Единственным космическим кораблем, сфотографировавшим Луну, был «Вояджер-2» в 1986 году. Даже тогда пролет был недолгим, и космический корабль сделал снимки только южного полушария Луны. Но этого было достаточно, чтобы раскрыть причудливые и сложные геологические особенности поверхности Луны. Странные поверхностные короны Миранды привлекли большое внимание.
Когда изображения были впервые получены, ученые были озадачены сложностью Миранды. Некоторые называли ее «лоскутной планетой», и было много здоровых предположений о том, что ее создало. Попытки понять Луну по-прежнему ограничены объемом данных, предоставленных «Вояджером-2». Однако современные учёные имеют доступ к более мощному инструменту, чем у учёных 80-х годов: компьютерным моделям и симуляциям.
Стром и его коллеги использовали компьютерную модель, чтобы работать в обратном направлении от текущей поверхности Миранды. Они начали с картирования особенностей поверхности Миранды, включая ее трещины, хребты и уникальные трапециевидные короны, а затем провели ее реверс-инжиниринг. Они протестировали различные модели внутренней части Луны, чтобы увидеть, чем можно объяснить различную поверхность.
Модель, которая лучше всего соответствовала поверхности, заключалась в том, что около 100–500 миллионов лет назад под поверхностью Миранды находился огромный океан. Толщина ледяной коры, вероятно, составляет 30 км или меньше, а толщина океана может достигать 100 км.
«Наши результаты показывают, что тонкая кора (около 30 км), скорее всего, приведет к достаточной величине напряжения, чтобы вызвать хрупкое разрушение льда на поверхности Миранды», — объясняют авторы в своем исследовании. «Наши результаты также предполагают возможное существование океана толщиной около 100 км на Миранде в течение последних 100–500 миллионов лет».
«Найти свидетельства существования океана внутри такого маленького объекта, как Миранда, невероятно удивительно», — сказал Том Нордхейм, планетолог из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (APL) в Лорел, штат Мэриленд, соавтор исследования и главный исследователь. о проекте, который финансировал исследование. «Это помогает развивать историю о том, что некоторые из этих спутников Урана могут быть действительно интересными — что вокруг одной из самых далеких планет нашей солнечной системы может существовать несколько океанских миров, что одновременно захватывающе и странно».
За это отвечает приливное нагревание, вызванное гравитационными отношениями между Мирандой и другими спутниками Урана. Луны притягивают друг друга, и когда они находятся в орбитальном резонансе друг с другом, когда период обращения каждой луны вокруг планеты является точным целым числом периодов других, эти притяжения усиливаются. Эти силы могут периодически деформировать спутники, и когда они сжимаются, они нагреваются, сохраняя подземные океаны теплыми и жидкими.
Миранда и другие спутники Урана, вероятно, в прошлом находились в резонансе, что могло создать трещины на поверхности и связанную с ними местность.
Однако резонансы не длятся вечно, и исследователи полагают, что некоторое время назад Миранда вышла из орбитального резонанса, и ее недра начали остывать. Они не думают, что он еще полностью остыл, потому что, если бы океан полностью замерз, он бы расширился и показал характерные трещины на поверхности. Таким образом, внутренний океан, вероятно, все еще существует, но, вероятно, намного тоньше, чем в прошлом. «Но предположение о наличии океана внутри одной из самых далеких лун Солнечной системы примечательно», — сказал Стром.
Никто не предсказывал, что у Миранды будет океан. Насколько ученые могли сказать, это был замороженный шар. Но они и раньше ошибались насчет лун.
Раньше исследователи думали, что спутник Сатурна, Энцелад, самый отражающий объект в Солнечной системе, был всего лишь ледяным шаром. Ведь его поверхность гладкая и явно промерзшая. Однако миссия Кассини показала нам, что она не может быть полностью заморожена. Существует множество доказательств того, что на Энцеладе есть теплый океан под слоем льда.
«Мало кто из учёных ожидал, что Энцелад будет геологически активным», — сказал соавтор Алекс Паттофф. «Однако, пока мы говорим, он выбрасывает водяной пар и лед из своего южного полушария».
Поскольку Энцелад и Миранда примерно одинакового размера и могут иметь одинаковые ледяные панцири, это увеличивает вероятность того, что на Миранде также есть океан. Другие спутники, такие как Европа Сатурна, также могут быть спутниками ледяного океана. Теперь ученые считают, что эти спутники и их теплые океаны являются лучшими объектами для поиска жизни в нашей Солнечной системе.
Другие недавние исследования показывают, что Миранда может быть больше похожа на Энцелад, чем предполагалось. Одно исследование 2023 года показало, что Луна может выбрасывать материал в космос, как это делает Энцелад. ЕКА и НАСА отправляют зонды к Юпитеру для изучения Европы и других потенциальных океанских спутников. Должны ли мы распространить этот поиск на далекий Уран и его маленькую луну Миранду?
«Мы не будем знать наверняка, есть ли там океан, пока не вернемся и не соберем больше данных», — сказал соавтор исследования Нордхейм. «Мы выжимаем последние кусочки науки из изображений «Вояджера-2». На данный момент мы воодушевлены открывающимися возможностями и стремимся вернуться к более глубокому изучению Урана и его потенциальных спутников-океанов».
На данный момент все, что у нас есть, — это данные «Вояджера-2» десятилетней давности. Однако данные и компьютерные модели, которые использовала команда, пролили новый свет на Миранду.
«Мы интерпретируем результаты модели приливного стресса как указывающие на то, что в какой-то момент геологического прошлого Миранды на ней произошел интенсивный нагрев, который привел к образованию тонкой коры (?30 км). Такая тонкая кора также привела бы к образованию океана толщиной около 100 км, составляющего расплавленную часть гидросферы. Эта тонкая ледяная корка и толстый океан могли стать причиной интенсивного приливного стресса, приводящего к значительной геологической деформации в виде хрупкой деформации на поверхности Миранды», — объясняют авторы.
«В заключение, наши результаты показывают, что в недавнем геологическом прошлом Миранда могла иметь подземный океан в результате интенсивного теплового импульса, что согласуется с результатами динамического моделирования предыдущих исследований», — заключают они.
