Оксиды углерода на спутнике Урана Ариэль намекают на скрытый океан

Поверхность спутника Урана Ариэль покрыта значительным количеством льда из углекислого газа, особенно на его «обратном полушарии», которое всегда обращено в сторону от его направления орбитального движения. Этот факт представляет собой сюрприз, поскольку даже в холодных уголках системы Урана — в 20 раз дальше от Солнца, чем Земля — углекислота легко превращается в газ и выбрасывается в космос.

Ученые предположили, что что-то доставляет углекислый газ на поверхность Ариэля. Некоторые поддерживают идею о том, что в результате взаимодействия между его поверхностью и заряженными частицами в магнитосфере Урана образуется углекислый газ в результате процесса, называемого радиолизом, при котором молекулы разрушаются под действием ионизирующего излучения.

Но новое исследование, опубликованное 24 июля в The Astrophysical Journal Letters, склоняет чашу весов в пользу альтернативной теории — что углекислый газ и другие молекулы выходят изнутри Ариэля, возможно, даже из подземного жидкого океана.

Используя космический телескоп Джеймс Уэбб для сбора химических спектров Ариэля, а затем сравнивая их со спектрами смоделированных химических смесей в лаборатории, исследовательская группа под руководством Ричарда Картрайта из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) обнаружила, что Ариэль имеет одни из самых богатых углекислым газом отложений в Солнечной системе, общая толщина которых составляет около 10 миллиметров или более на обратной стороне. Среди этих отложений была обнаружена еще одна загадочная находка: первые четкие сигналы о наличии угарного газа.

«Его просто не должно быть. Вам нужно снизить температуру до 30 кельвинов, прежде чем угарный газ станет стабильным», — говорят исследователи. Тем временем температура поверхности Ариэля в среднем гораздо выше. «Несомненно, окись углерода придется активно пополнять».

Радиолиз все еще может быть ответственным за часть этого пополнения. Лабораторные эксперименты показали, что радиационная бомбардировка водяного льда, смешанного с богатым углеродом материалом, может привести к образованию как углекислого газа, так и угарного газа. Таким образом, радиолиз может стать источником пополнения запасов и объяснить большое количество обеих молекул в обратном полушарии Ариэля.

Но остается много вопросов о магнитосфере Урана и степени ее взаимодействия со спутниками планеты. Даже во время облета Урана «Вояджером-2» почти 40 лет назад ученые подозревали, что такие взаимодействия могут быть ограничены, поскольку ось магнитного поля Урана и плоскость орбиты его спутников смещены друг от друга примерно на 58 градусов.

Ученые предположили, что основная часть оксидов углерода может возникнуть в результате химических процессов, которые происходили (или все еще происходят) в водном океане под ледяной поверхностью Ариэля, выходя либо через трещины в ледяной поверхности луны, либо, возможно, даже через шлейфы извержений.

Более того, новые спектральные наблюдения намекают на то, что поверхность Ариэля также может содержать карбонатные минералы — соли, которые могут образовываться только в результате взаимодействия жидкой воды с горными породами.

«Если наша интерпретация этой карбонатной особенности верна, то это довольно важный результат, потому что это означает, что они должны были образоваться внутри», — сказал Ричард Картрайт. «Это то, что нам абсолютно необходимо подтвердить либо с помощью будущих наблюдений, моделирования, либо с помощью какой-либо комбинации методов».

Поскольку поверхность Ариэля покрыта похожими на трещины каньонами, пересекающимися бороздками и гладкими пятнами, которые, как полагают, образовались в результате разливов криовулканических веществ, исследователи уже заподозрили, что луна была или может быть активной. Исследование 2023 года даже предположило, что Ариэль и/или его сестра-спутник Миранда могут излучать материал в магнитосферу Урана, в том числе, возможно, через шлейфы.

«Все эти новые открытия подчеркивают, насколько интересной является система Урана», — говорят ученые. «Многие из нас в планетарном научном сообществе с нетерпением ждут будущей миссии по исследованию Урана, чтобы узнать, как формировалась система, лучше понять сложную магнитосферу планеты и определить, являются ли эти луны потенциальными океаническими мирами».

В 2023 году в рамках своего десятилетнего исследования по планетарной науке и астробиологии планетарное научное сообщество определило приоритет первой специальной миссии к Урану, вселяя надежду на то, что научное путешествие к ледяному гиганту уже не за горами.

Ричард Картрайт видит в этом возможность собрать ценные данные о ледяных гигантах Солнечной системы и их лунах, потенциально несущих океаны, информация о которых может быть использована для поиска миров в других планетных системах.