На спутниках Урана нашли подземные океаны. Они могут быть обитаемыми?

На каких спутниках нашли воду?

У Урана 27 лун, в том числе пять особенно крупных спутников — Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда. Когда «Вояджер-2» пролетел над системой Урана в 1986 году, он сделал снимки, которые показали, что эти пять больших лун состоят из равных частей камня и льда и сильно изрыты кратерами.

Эти изображения также показали физические признаки жидкой воды, прорывающейся из недр и замерзающей на поверхности, такой процесс называется криовулканизмом.

• Титания

Титания — крупнейший спутник Урана и восьмой по размеру спутник в Солнечной системе. Открыт Уильямом Гершелем 11 января 1787 года (через шесть лет после открытия им Урана).

Как и все крупнейшие спутники Урана, Титания, вероятно, образовалась из аккреционного диска, окружавшего планету во времена её формирования. Титания состоит из примерно равного количества камня и льда и, вероятно, дифференцирована на каменное ядро и ледяную мантию.

Поверхность Титании относительно тёмная с красноватым оттенком. Её рельеф был сформирован как ударами астероидов и комет, так и эндогенными процессами. Спутник покрыт многочисленными кратерами, достигающими 326 километров в диаметре.

Вероятно, на Титании произошло раннее эндогенное восстановление поверхности, которое стёрло её старую, сильно испещрённую кратерами, поверхность. Поверхность Титании прорезана системой огромных каньонов и обрывов, образовавшихся при растяжении коры в результате расширения недр на раннем этапе её истории.

• Оберон

Оберон — второй по размеру и массе спутник Урана и девятый по массе спутник в Солнечной системе. Известен также как «Уран IV». Открыт Уильямом Гершелем в 1787 году.

Вполне вероятно, что Оберон сформировался из аккреционного диска, окружавшего Уран сразу после образования. Спутник состоит примерно из равного количества камня и льда и, вероятно, дифференцирован на каменное ядро и ледяную мантию. На их границе, возможно, есть слой жидкой воды.

Поверхность Оберона тёмная с красным оттенком. Его рельеф формировался в основном ударами астероидов и комет, создавшими многочисленные, до 210 км в диаметре, кратеры. Оберон обладает системой каньонов (грабенов), образовавшихся при растяжении коры в результате расширения недр на раннем этапе его истории.

Оберон состоит примерно в равных количествах из водяного льда и тяжёлых неледяных составляющих, которые могут включать камень и органику. Наличие водяного льда (в виде кристаллов на поверхности спутника) показали и спектрографические наблюдения. При сверхнизких температурах, характерных для спутников Урана, лёд становится подобным камню.

Его абсорбционные полосы на ведомом полушарии сильнее, чем на ведущем, тогда как у остальных спутников Урана — наоборот. Причина этого различия полушарий неизвестна. Возможно, дело в том, что ведущее полушарие более подвержено метеоритным ударам, которые удаляют с него лед. Тёмный материал мог образоваться в результате воздействия ионизирующего излучения на органические вещества, в частности, на метан, присутствующий там в составе клатратов.

• Умбриэль

Умбриэль — спутник планеты Уран, открытый Уильямом Ласселом 24 октября 1851 года. Умбриэль в основном состоит изо льдов с существенной долей камня. Возможно, он имеет каменное ядро, покрытое ледяной мантией. По размерам Умбриэль занимает третье место среди спутников Урана и обладает самой тёмной поверхностью, отражая всего 16 % падающего света.

Умбриэль, покрытый многочисленными ударными кратерами, достигающими 210 километров в диаметре, занимает второе место среди спутников Урана по количеству кратеров (после Оберона). Умбриэль, как и все спутники Урана, предположительно образовался в аккреционном диске, окружавшем планету сразу после её формирования. 

Умбриэль — третий по размеру и четвёртый по массе спутник Урана. Его плотность — 1,39 г/см³. Из этого следует, что спутник в значительной степени состоит из водяного льда, а более плотные компоненты составляют около 40 % его массы. Эти компоненты могут представлять собой камни, а также высокомолекулярные органические соединения, известные как толины.

При помощи инфракрасной спектроскопии на поверхности обнаружен водяной лед. Его абсорбционные полосы на переднем полушарии выражены сильнее, чем на заднем. Причины такой асимметрии неизвестны, но предполагается, что это может быть вызвано бомбардировкой поверхности заряженными частицами из магнитосферы Урана, которая действует именно на заднее полушарие (вследствие совместного вращения планеты и плазмы).

Эти частицы распыляют лёд, разлагая содержащийся в нём (образующий клатрат) метан и воздействуют на другие органические вещества, оставляя тёмный остаток, богатый углеродом.

• Ариэль

Ариэль — четвёртый по величине спутник Урана. Открыт 24 октября 1851 года Уильямом Ласселом.

Ариэль — один из наименьших шарообразных спутников в Солнечной системе (14-й по размеру из 19). Среди спутников Урана он четвёртый по размеру (из пяти крупных спутников меньше него только Миранда) и имеет рекордное альбедо.

Он состоит примерно наполовину изо льда и наполовину из камня и, вполне возможно, дифференцирован на каменное ядро и ледяную мантию. Как и все крупные спутники Урана, Ариэль, вероятно, образовался из аккреционного диска, окружавшего планету первое время после её формирования.

У Ариэля сложный рельеф поверхности — сильно кратерированные участки пересечены обрывами, каньонами и горными хребтами. На нём есть более молодые, чем на других спутниках Урана, следы геологической активности. Источником энергии для неё, скорее всего, был приливный нагрев.

Орбита Ариэля, как и других крупных спутников Урана, лежит в плоскости экватора планеты. Поэтому эти спутники подвержены экстремальным сезонным изменениям освещённости.

Кроме водяного льда, при помощи инфракрасной спектроскопии на Ариэле был обнаружен углекислый газ (CO₂), который сконцентрирован в основном на ведомом полушарии. На этом спутнике Урана он просматривается в ходе таких наблюдений лучше (и был открыт раньше), чем на всех остальных.

Происхождение углекислого газа не вполне ясно. Он мог образоваться на поверхности из карбонатов или органических веществ под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения или ионов, прибывающих из магнитосферы Урана.

Последнее может объяснить асимметрию в распределении углекислого газа по поверхности спутника, потому что эти ионы бомбардируют именно ведомое полушарие. Другой возможный источник — дегазация водяного льда в недрах Ариэля. В таком случае высвобождение CO₂ может быть следствием прошлой геологической активности спутника.

• Миранда

Миранда (Уран V) — самый близкий и наименьший из пяти крупных спутников Урана. Открыт в 1948 году Джерардом Койпером.

Ось вращения Миранды, как и других крупных спутников Урана, лежит почти в плоскости орбиты планеты, и это приводит к очень своеобразным сезонным циклам. Сформировалась Миранда, скорее всего, из аккреционного диска (или туманности), который либо существовал вокруг Урана в течение какого-то времени после формирования планеты, либо образовался при мощном столкновении, которое, вероятно, и дало Урану большой наклон оси вращения (97,86°).

Между тем у Миранды самое большое среди крупных спутников Урана наклонение орбиты к экватору планеты: 4,338°. Поверхность спутника, вероятно, состоит из водяного льда, смешанного с силикатами, карбонатами и аммиаком.

Удивительно, что этот маленький спутник обладает большим разнообразием форм рельефа (обычно у тел такого размера поверхность более однородна из-за отсутствия эндогенной активности). Там есть просторные холмистые равнины, усеянные кратерами и пересечённые сетью разломов, каньонов и крутых уступов.

На поверхности видны три необычные области размером более 200 км (так называемые венцы). Эти геологические образования, как и удивительно большое наклонение орбиты, указывают на сложную геологическую историю Миранды. На неё могли влиять орбитальные резонансы, приливные силы, конвекция в недрах, частичная гравитационная дифференциация и расширение их вещества, а также эпизоды криовулканизма.

 Её плотность наименьшая среди основных спутников Урана: 1,15 ± 0,15 г/см³, что довольно близко к плотности льда. Наблюдения поверхности в инфракрасном диапазоне позволили обнаружить водяной лёд, смешанный с силикатами и карбонатами, а также аммиак (NH₃) в количестве 3 %. На основании данных, полученных «Вояджером-2», был сделан вывод, что камни составляют 20—40 % массы спутника.

По одной из гипотез, лёд на Миранде образует клатрат с метаном. Помимо метана, водные клатраты могут захватывать окись углерода и другие молекулы, образуя вещество с хорошими теплоизоляционными свойствами — теплопроводность клатратов составит лишь от 2 до 10 % теплопроводности обычного льда.

Таким образом, они могут препятствовать оттоку из недр спутника тепла, которое выделяется там при распаде радиоактивных элементов. В таком случае понадобилось бы около 100 млн лет для нагревания льда до 100 °C. Тепловое расширение ядра могло достигнуть 1 %, что привело бы к растрескиванию поверхности. Её неоднородность, возможно, объясняется неоднородностью потока тепловой энергии из недр.

На этих спутниках может быть жизнь?

Новое исследование предполагает, что да. Его представили встрече AGU: ученые во главе с Бенджамином Вайсом, планетологом из Массачусетского технологического института, разработали метод для будущих миссий, чтобы подтвердить существование подповерхностных океанов на таких мирах, как спутники Урана. С помощью этой работы команда также надеется углубить наше понимание и знание потенциально обитаемых миров.

Главный вопрос здесь заключается в том, где находятся обитаемые среды в Солнечной системе? Открытие подповерхностных океанов на Европе и Энцеладе заставляет многих из нас задуматься, есть ли еще луны, которые, хотя и малы, но все еще могут быть теплыми.

Бенджамин Вайс, планетолог из Массачусетского технологического института

Как автора работы нашли на спутниках воду?

Авторы работы считают, что хребты, долины и складки на поверхности спутников могут быть замерзшими водяными струями из скрытых океанов. Также ученые провели исследование и измерили магнитное поле Урана. В результате стало ясно, что если в глубинах спутников есть вода, то под влиянием магнитного поля там может вырабатываться электрический ток.

Пяти спутников, говорят ученые, они демонстрируют признаки криовулканизма, когда в условиях крайне низких температур окружающей среды из вулкана извергается не расплавленная лава, а вода, аммиак, смеси метана с углеводородами, азот и другие вещества или их смеси, как в жидком, так и в газообразном состоянии.

Изучая снимки, отправленные космическим аппаратом «Вояджер-2» в 1986 году, исследователи заметили, что эти пять спутников состоят из равных частей камня и льда и сильно изрыты кратерами, что является свидетельством жидкой воды, которая может скрываться в недрах небесных тел.

Что там есть еще кроме воды?

Ученые вычислили силу магнитного поля Урана и то, как это повлияет на любые океаны под поверхностью его спутников. Исследования показали, что если в глубинах спутников есть жидкая соленая вода, то под влиянием магнитного поля в ней может генерироваться электрический ток.

Вайс и его команда использовали теоретические модели магнитного поля Урана для расчета возможных индуцированных магнитных полей пяти крупнейших спутников планеты. Индуцированное магнитное поле Миранды было определено как самое сильное — 300 нанотесла. Хотя это не подтверждает наличие океанов на планетах, Миранда, а также Ариэль, Умбриэль и Титания, вероятно, индуцировали магнитные поля достаточно сильны, чтобы их можно было обнаружить с помощью существующей технологии космических аппаратов, говорится в заявлении Вайса.

Ученые также рассказали, что океаны на спутниках Урана, вероятно, находятся глубже, чем на спутниках Юпитера, поскольку ледяная оболочка толще. Но это не значит, что их невозможно обнаружить.

Где наиболее подходящие для жизни условия?

Вайс, рассуждая о потенциально обитаемых средах в Солнечной системе, назвал луны Урана наиболее подходящими в том случае, «если там есть жидкая вода и она немного соленая, как океанская вода на Земле». 

Более точные выводы ученые смогут сделать в 2042 году, когда к Урану отправится научная миссия.

Читать также:

Посмотрите на МКС, пролетающую между Юпитером и Сатурном

Ярчайший блазар светит на Землю. Что это значит для планеты?

«Исследование провалено»: испытателям «Спутник V» больше не будут вводить плацебо