Поверхность луны Урана Ариэль покрыта значительным количеством льда из углекислого газа, особенно на ее «заднем полушарии», которое всегда обращено в сторону от направления орбитального движения луны. Этот факт является сюрпризом, поскольку даже в холодных пределах системы Урана — в 20 раз дальше от Солнца, чем Земля — углекислый газ легко превращается в газ и теряется в космосе.
Ученые выдвинули теорию, что что-то поставляет углекислый газ на поверхность Ариэля. Некоторые поддерживают идею о том, что взаимодействие между поверхностью луны и заряженными частицами в магнитосфере Урана создает углекислый газ посредством процесса, называемого радиолизом, в котором молекулы разрушаются ионизирующим излучением.
Однако новое исследование, опубликованное 24 июля в The Astrophysical Journal Letters, склоняет чашу весов в пользу альтернативной теории — о том, что углекислый газ и другие молекулы появляются изнутри Ариэля, возможно, даже из подповерхностного жидкого океана.
Используя космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» для сбора химических спектров Луны, а затем сравнивая их со спектрами моделируемых химических смесей в лабораторных условиях, исследовательская группа под руководством Ричарда Картрайта из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, обнаружила, что на Ариэле находятся одни из самых богатых углекислым газом залежей в Солнечной системе, общая толщина которых на заднем полушарии Луны составляет около 10 миллиметров (0,4 дюйма) или более.
Среди этих отложений была еще одна загадочная находка: первые явные сигналы окиси углерода.
«Там его просто не должно быть. Нужно снизить температуру до 30 Кельвинов. [minus 405 degrees Fahrenheit] «Прежде чем оксид углерода стабилизируется», — сказал Картрайт. Между тем, температура поверхности Ариэля в среднем на 65 F выше. «Запасы оксида углерода придется активно пополнять, в этом нет никаких сомнений».
Радиолиз все еще может быть ответственным за часть этого пополнения, добавил он. Лабораторные эксперименты показали, что радиационная бомбардировка водяного льда, смешанного с богатым углеродом материалом, может производить как углекислый газ, так и оксид углерода. Таким образом, радиолиз может обеспечить источник пополнения и объяснить богатое изобилие обеих молекул в заднем полушарии Ариэля.
Но остается много вопросов о магнитосфере Урана и степени ее взаимодействия со спутниками планеты. Даже во время пролета Вояджера-2 около 40 лет назад ученые подозревали, что такие взаимодействия могут быть ограниченными, поскольку ось магнитного поля Урана и плоскость орбиты его спутников смещены друг относительно друга примерно на 58 градусов. Последние модели подтвердили это предсказание.
Вместо этого основная часть оксидов углерода может образовываться в результате химических процессов, которые происходили (или все еще происходят) в водном океане под ледяной поверхностью Ариэля, высвобождаясь либо через трещины в ледяной оболочке спутника, либо, возможно, даже через извержения.
Более того, новые спектральные наблюдения указывают на то, что поверхность Ариэля может также содержать карбонатные минералы — соли, которые могут образовываться только при взаимодействии жидкой воды с горными породами.
«Если наша интерпретация этой карбонатной особенности верна, то это довольно большой результат, поскольку это означает, что она должна была сформироваться внутри», — сказал Картрайт. «Это то, что нам абсолютно необходимо подтвердить, либо с помощью будущих наблюдений, моделирования или какой-то комбинации методов».
Поскольку поверхность Ариэля покрыта похожими на впадины каньонами, пересекающимися бороздами и гладкими пятнами, которые, как полагают, являются результатом криовулканических выбросов, исследователи уже заподозрили, что спутник был или все еще может быть активным.
Исследование 2023 года под руководством Яна Коэна из APL даже предположило, что Ариэль и/или его сестра-луна Миранда могут выбрасывать вещество в магнитосферу Урана, в том числе, возможно, через шлейфы.
«Все эти новые идеи подчеркивают, насколько привлекательна система Урана», — сказал Коэн. «Независимо от того, хотим ли мы разгадать, как образовалась Солнечная система, лучше понять сложную магнитосферу планеты или определить, являются ли эти луны потенциальными мирами-океанами, многие из нас в планетарном научном сообществе с нетерпением ждут будущей миссии по исследованию Урана».
В 2023 году в рамках своего десятилетнего обзора «Планетарная наука и астробиология» планетарное научное сообщество определило приоритетность первой специальной миссии к Урану, вселив надежду на то, что научное путешествие к бирюзовому ледяному гиганту не за горами.
Картрайт рассматривает это как возможность собрать ценные данные о ледяных гигантах Солнечной системы и их потенциально океанских лунах, которые могут быть полезны для изучения миров, открываемых в других звездных системах.
Но это также шанс наконец получить конкретные ответы, которые возможны только при нахождении в системе. Например, большинство наблюдаемых канавок Ариэля — предполагаемых отверстий во внутреннюю часть — находятся на его задней стороне. Если углекислый газ и окись углерода каким-то образом просачиваются через эти канавки, это может дать альтернативное объяснение того, почему их гораздо больше на задней стороне Ариэля.
«Это немного натянуто, потому что мы просто не видели большую часть поверхности луны», — предупредил Картрайт. Voyager 2 запечатлел только около 35% поверхности Ариэля во время своего короткого пролета. «Мы просто не узнаем, пока не проведем более целенаправленные наблюдения», — сказал он.
Информация от: Университетом Джонса Хопкинса
