Считается, что Ариэль, четвертый по величине спутник Урана, состоит из равных частей камня и льда. Новая компьютерная модель, разработанная в Институте геофизики Техасского университета, может быть использована для обнаружения океанов с жидкой водой под ледяной поверхностью Ариэля. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения.
Когда «Вояджер-2» НАСА пролетал мимо Урана в 1986 году, он сделал зернистые фотографии больших покрытых льдом спутников. Теперь, почти 40 лет спустя, НАСА планирует отправить к Урану еще один космический корабль, на этот раз оборудованный для того, чтобы увидеть, скрывают ли эти ледяные луны океаны с жидкой водой.
Миссия все еще находится на ранней стадии планирования. Но исследователи из Института геофизики Техасского университета (UTIG) готовятся к этому, создавая новую компьютерную модель, которую можно будет использовать для обнаружения океанов подо льдом, используя только камеры космического корабля.
Исследование важно, потому что ученые не знают, какой метод обнаружения океана лучше всего сработает на Уране. Ученые хотят знать, есть ли там жидкая вода, потому что это ключевой ингредиент жизни.
Новая компьютерная модель работает, анализируя небольшие колебания – или колебания – того, как вращается луна, когда она вращается вокруг своей родительской планеты. Отсюда он может подсчитать, сколько воды, льда и камней находится внутри. Меньшее колебание означает, что луна в основном твердая, а большее колебание означает, что ледяная поверхность плавает в океане с жидкой водой. В сочетании с гравитационными данными модель вычисляет глубину океана, а также толщину покрывающего его льда.
Уран, наряду с Нептуном, принадлежит к классу планет, называемых ледяными гигантами. Астрономы обнаружили за пределами нашей солнечной системы больше ледяных гигантских тел, чем любой другой вид экзопланет. Если будет обнаружено, что у спутников Урана есть внутренние океаны, это может означать, что по всей галактике существует огромное количество потенциально пригодных для жизни миров, сказал планетолог UTIG Дуг Хемингуэй, разработавший модель.
«Обнаружение океанов с жидкой водой внутри спутников Урана изменит наше представление о диапазоне возможностей существования жизни», — сказал он.
Исследование UTIG, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, поможет ученым и инженерам миссий повысить свои шансы на обнаружение океанов. UTIG — исследовательское подразделение Школы геонаук Джексона Техасского университета в Остине.
Все крупные спутники Солнечной системы, включая Уран, заблокированы приливно-отливным механизмом. Это означает, что гравитация соответствует их вращению, так что на их орбите всегда обращена одна и та же сторона к родительской планете. Однако это не означает, что их вращение полностью фиксировано, и все спутники, находящиеся в приливной зависимости, колеблются взад и вперед на своей орбите. Определение масштабов колебаний будет ключом к пониманию того, содержат ли спутники Урана океаны, и если да, то насколько велики они могут быть.
Луны, внутри которых плещется океан жидкой воды, будут раскачиваться сильнее, чем те, которые полностью тверды. Однако даже самые большие океаны будут вызывать лишь небольшое колебание: вращение луны может отклоняться всего на несколько сотен футов по мере ее движения по орбите.
Этого все еще достаточно, чтобы обнаружить пролетающий космический корабль. Фактически, этот метод ранее использовался для подтверждения того, что на спутнике Сатурна Энцеладе есть внутренний глобальный океан.
Чтобы выяснить, сработает ли та же техника на Уране, Хемингуэй провел теоретические расчеты для пяти его спутников и предложил ряд вероятных сценариев. Например, если спутник Урана Ариэль колеблется на 300 футов, то, скорее всего, у него будет океан глубиной 100 миль, окруженный ледяным панцирем толщиной 20 миль.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Обнаружение меньших океанов будет означать, что космическому кораблю придется приближаться или устанавливать сверхмощные камеры. Но эта модель дает разработчикам миссий логарифмическую линейку, позволяющую понять, что будет работать, говорит доцент исследовательского отдела UTIG Криста Содерлунд.
«Это может быть разница между открытием океана или обнаружением того, что у нас нет такой возможности, когда мы прибудем», — сказал Содерлунд, который не участвовал в текущих исследованиях.
Содерлунд работал с НАСА над концепциями миссии на Уран. Она также является частью научной группы миссии НАСА Europa Clipper, которая недавно была запущена и оснащена радарным устройством формирования изображения, проникающим сквозь лед, разработанным UTIG.
Следующим шагом, по словам Хемингуэя, является расширение модели, включив в нее измерения с помощью других инструментов, чтобы увидеть, как они улучшат картину недр лун.
Соавтором журнальной статьи выступил Фрэнсис Ниммо из Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Информация от: Техасским университетом в Остине
