Ariel może posiadać podpowierzchniowy ocean. Co to oznacza?

Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba astronomowie zebrali widma emisyjne z Ariela i porównali je z widmami symulowanych w laboratorium mieszanin chemicznych. To pokazało, że księżyc ten ma bogate złoża dwutlenku węgla. To intrygujące, bo w mroźnych rejonach Układu Słonecznego, gdzie krąży Uran - 20 razy dalej od Słońca niż Ziemia - dwutlenek węgla łatwo zamienia się w gaz i ucieka w przestrzeń kosmiczną. To z kolei oznacza, że jakiś proces musi dostarczać CO2 na powierzchnię Ariela.

Do tej pory największą popularnością cieszyła się koncepcja, że interakcje między powierzchnią księżyca a naładowanymi cząsteczkami w magnetosferze Urana tworzą dwutlenek węgla poprzez proces zwany radiolizą. Jednak nowe badania, które ukazały się na łamach "The Astrophysical Journal Letters" (DOI: 10.3847/2041-8213/ad566a) wskazują, że dwutlenek węgla oraz inne cząsteczki wydostają się z wnętrza księżyca być może z podpowierzchniowego oceanu.

Ariel jest zaliczany do pięciu największych księżyców Urana. Wokół lodowego olbrzyma krąży 28 naturalnych satelitów. Przynajmniej o tylu wiemy. Pięć największych nosi nazwy Tytania (średnica ok. 1578 km), Oberon (średnica ok. 1522 km), Umbriel (średnica ok. 1169 km), Ariel (średnica ok. 1158 km) i Miranda (średnica ok. 471 km).

Ariel został odkryty razem z Umbrielem w 1851 r. przez Williama Lassella. Jego nazwa została zaczerpnięta z dwóch różnych dzieł literackich - ze sztuki Williama Szekspira "Burza" oraz poematu "Pukiel porwany" Alexandra Pope’a. W 1986 r. przelatując w okolicy Urana sonda Voyager II wykonała zdjęcia Ariela i są to jak do tej pory jedyne fotografie w wysokiej rozdzielczości księżyca, jakimi dysponujemy. Zdjęcia te pokazały pokrytą kraterami powierzchnię Ariela oraz głębokie i długie wąwozy.

Badacze uważają, że Ariel składa się z lodu oraz materiałów skalnych. Jego powierzchnia jest stosunkowo młoda i wykazuje oznaki aktywności geologicznej napędzanej najprawdopodobniej przez ogrzewanie pływowe. W badaniach opublikowanych w ubiegłym roku uznano, że na księżycu tym może znajdować się woda.

Urana w Układzie Słonecznym wyróżnia jego oś obrotu, która jest mocno nachylona. Jego bieguny leżą tam, gdzie większość planet ma równik. Ariel okrąża Urana w płaszczyźnie równikowej, która jest prawie prostopadła do orbity planety.

Pierwiastki chemiczne i cząsteczki pochłaniają i emitują światło o charakterystycznych długościach fal, pozostawiając indywidualne "odciski palców" na widmach emisyjnych. Przy pomocy teleskopu Webba zespół badawczy kierowany przez Richarda Cartwrighta z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory zebrał widma księżyca, co pozwoliło szczegółowo ustalić jego skład chemiczny. Porównanie tego z symulowanymi widmami z mieszanki chemicznej przygotowanej w laboratorium na Ziemi ujawniło, że Ariel ma jedne z najbogatszych w dwutlenek węgla złóż w Układzie Słonecznym. Co więcej, w widmach uczeni znaleźli sygnatury chemiczne tlenku węgla.

- Nie powinno go tam być. Trzeba zejść do 30 kelwinów (minus 233 stopni Celsjusza – przyp. red.), zanim tlenek węgla stanie się stabilny - powiedział Cartwright. Tymczasem średnia temperatura powierzchni Ariela jest wyższa o ok. 18 stopni Celsjusza. - Tlenek węgla musi być aktywnie uzupełniany, bez wątpienia – dodał badacz.

Cartwright przyznał, że radioliza może odpowiadać za część tego uzupełniania. Eksperymenty laboratoryjne wykazały, że bombardowanie radiacyjne lodu wodnego zmieszanego z materiałem bogatym w węgiel może wytwarzać zarówno dwutlenek węgla, jak i tlenek węgla. Jednakże obserwacje z przelotu sondy Voyager II oraz inne niedawne odkrycia sugerują, że interakcje stojące za radiolizą mogą być ograniczone, ponieważ oś pola magnetycznego Urana i płaszczyzna orbity jego księżyców są przesunięte względem siebie o ok. 58 stopni.

Naukowcy uznali, że większość tlenków węgla może pochodzić z procesów chemicznych zachodzących w podpowierzchniowym oceanie. Związki te przedostają się na powierzchnię Ariela najpewniej przez pęknięcia w lodowej skorupie księżyca. Co więcej, nowe obserwacje sugerują, że powierzchnia Ariela może również zawierać minerały węglanowe, które mogą powstawać tylko poprzez interakcję ciekłej wody ze skałami.

Źródło: Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Space.com, fot. NASA/ JPL/ CC0