Miranda, jeden z księżyców Urana, może skrywać głęboki ocean pod lodową skorupą

Wokół Urana krąży przynajmniej 28 naturalnych satelitów. 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). W maju ubiegłego roku ukazały się badania sugerujące, że na czterech z wymienionych ciał mogą występować oceany o głębokości dziesiątek kilometrów. Obserwacje z wykorzystaniem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wykonane w sierpniu tego roku dodały wiarygodności wcześniejszym ustaleniom, przynajmniej w przypadku Ariela.

Jednak w analizach sprzed roku oceniono, że z największych naturalnych satelitów Urana tylko Miranda nie posiada warunków sprzyjających występowaniu podpowierzchniowego oceanu. Tym ustaleniom przeczą nowe prace astronomów z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. Wskazują one, że Miranda może posiadać pod grubą, lodową skorupą ocean. Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma "The Planetary Science Journal".

– Znalezienie dowodów na istnienie oceanu wewnątrz małego obiektu, takiego jak Miranda, jest niesamowicie zaskakujące – powiedział Tom Nordheim z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory w Laurel w stanie Maryland, współautor badania. – Okazuje się, że niektóre z księżyców Urana mogą być naprawdę interesujące i że wokół jednej z najodleglejszych planet w naszym Układzie Słonecznym może znajdować się kilka światów oceanicznych, co jest zarówno ekscytujące, jak i dziwne – dodał.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Miranda została odkryta w 1948 roku przez Gerarda Kuipera. Wyróżnia się spośród księżyców Urana złożonymi strukturami geologicznymi. Nieliczne zdjęcia księżyca wykonane przez sondę Voyagera 2 w 1986 roku pokazują, że południowa półkula Mirandy jest usiana urwiskami, kanionami i kraterami. Astronomowie podejrzewają, że ​​te dziwne struktury są wynikiem sił pływowych i nagrzewania się wnętrza księżyca.

Naukowcy z University of North Dakota i Planetary Science Institute w Arizonie ponownie przeanalizowali zdjęcia Mirandy wykonane przez Voyagera 2. Zdecydowali się spróbować wyjaśnić zagadkową geologię Mirandy. Zadali sobie pytanie: jaka musiała być wewnętrzna struktura księżyca, aby ukształtować widoczne na powierzchni cechy.

W tym celu badacze opracowali model komputerowy i przetestowali kilka możliwych struktur wnętrza księżyca, dopasowując przewidywane wzorce naprężeń do rzeczywistej geologii powierzchni. Konfiguracja, która zapewniła najlepsze dopasowanie przewidywanych wzorców do obserwowanych cech powierzchni, sugeruje istnienie ogromnego oceanu pod powierzchnią Mirandy, który powstał około 100–500 milionów lat temu. Ten podpowierzchniowy ocean miałby co najmniej 100 kilometrów głębokości i byłby ukryty pod lodową skorupą o grubości nie większej niż 30 kilometrów. Biorąc pod uwagę, że promień Mirandy wynosi zaledwie 235 kilometrów, ocean wypełniałby prawie połowę księżyca.

Kluczem do powstania oceanu, jak uważają naukowcy, były siły pływowe między Mirandą a pozostałymi księżycami. Te regularne przyciągania grawitacyjne mogą być wzmacniane przez rezonanse orbitalne — konfiguracje, w których na określoną liczbę okrążeń jednego księżyca wokół planety, wypada jakaś wielokrotność okrążeń innego księżyca. Na przykład księżyce Jowisza, Io i Europa, mają rezonans 2:1. Czyli na każde dwa okrążenia, jakie Io wykonuje wokół Jowisza, Europa wykonuje dokładnie jedno.

Te konfiguracje orbitalne i wynikające z nich siły pływowe odkształcają księżyce jak gumowe piłki, co prowadzi do tarcia i generowania ciepła wewnątrz księżyców. Powoduje to również naprężenia, które objawiają się pęknięciami na powierzchni, tworząc bogatą mozaikę różnorakich cech geologicznych. Symulacje sugerują, że Miranda i sąsiednie księżyce prawdopodobnie miały taki rezonans w przeszłości, oferując potencjalny mechanizm, który mógł ogrzać wnętrze Mirandy, aby wytworzyć i utrzymać podpowierzchniowy ocean.

W pewnym momencie orbitalny balet księżyców stracił synchronizację, co spowolniło proces nagrzewania. Wnętrze księżyca zaczęło się ochładzać i krzepnąć. Jednak zespół badaczy uważa, że wnętrze Mirandy całkowicie nie zamarzło. Gdyby ocean zamarzł, jak wyjaśnił Nordheim, rozszerzyłby się i spowodował pewne charakterystyczne pęknięcia na powierzchni, których nie zaobserwowano. Według naukowców, Miranda nadal się ochładza i nadal może mieć ocean pod powierzchnią.

W środowisku naukowym raczej mało kto podejrzewał, że Miranda będzie miała ocean. Biorąc pod uwagę jej niewielkie rozmiary i wiek, naukowcy sądzili, że prawdopodobnie będzie to zamrożona kula lodu. Przyjęto, że wszelkie pozostałe ciepło po jej powstaniu rozproszyło się dawno temu.

Jednak przewidywania dotyczące lodowych księżyców mogą być błędne, czego dowodem jest księżyc Saturna, Enceladus. Zanim w 2004 roku odwiedziła go sonda Cassini, wielu naukowców uważało, że Enceladus to zamrożona kula lodu i skał. Obecnie uważa się, że Enceladus posiada ogromny, podpowierzchniowy ocean i jest aktywny geologicznie. Miranda może być podobnym przypadkiem. Jest porównywalna pod względem wielkości i składu z Enceladusem.

– Nie będziemy pewni, czy Miranda ma ocean, dopóki nie zbierzemy więcej danych – powiedział Alex Patthoff z Planetary Science Institute. – Wyciskamy ostatnie możliwe informacje naukowe ze zdjęć wykonanych przez Voyagera 2. Na razie jesteśmy podekscytowani możliwościami i chętnie dogłębnie zbadamy Urana i jego potencjalne księżyce oceaniczne – dodał.

Źródło: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory