Учёные из Института планетарных наук (Planetary Science Institute) получили новые данные, указывающие на то, что под ледяной корой Ариэля — одного из спутников Урана — в прошлом мог существовать обширный океан. Исследование опубликовано в журнале Icarus. По оценкам специалистов, глубина этого скрытого водоёма могла превышать 170 километров. Для сравнения: средняя глубина Тихого океана составляет около 4 километров.
Ариэль — самый яркий спутник Урана и второй по удалённости от планеты. Его диаметр составляет всего 1159 километров, что делает его четвёртым по величине в системе Урана. Несмотря на скромные размеры, поверхность этого небесного тела отличается необычайной сложностью. Как отметил ведущий автор работы Калеб Стром, недавний выпускник Университета Северной Дакоты, древние ударные кратеры соседствуют там с гораздо более молодыми участками. Некоторые гладкие области, вероятно, сформировались в результате криовулканизма — процесса, при котором из недр ледяного мира извергаются вода, лёд или другие летучие вещества, а не расплавленная порода. Кроме того, Ариэль покрыт разломами, хребтами и грабенами — участками, где блоки коры опустились ниже окружающего рельефа. Некоторые из этих структур по своим масштабам превосходят почти всё, что встречается в Солнечной системе.
Именно эти гигантские образования на поверхности и подтолкнули исследователей к новой работе. Учёные задались целью выяснить, как в прошлом могли выглядеть внутреннее строение и орбита Ариэля, чтобы возникли наблюдаемые сегодня разломы. Ключевую роль здесь играет эксцентриситет орбиты — показатель того, насколько орбита отличается от идеальной окружности. Изменения во внутренней структуре спутника и его орбитальном эксцентриситете влияют на приливные напряжения в ледяной коре. Двигаясь вокруг Урана, Ариэль постоянно растягивается и сжимается под действием гравитации, что может создавать достаточную нагрузку для образования крупных трещин. «Сначала мы нанесли на карту крупные структуры, которые видим на поверхности, а затем с помощью компьютерной программы смоделировали приливные напряжения, возникающие из-за того, что Ариэль деформируется от формы футбольного мяча к слегка вытянутой и обратно, приближаясь и удаляясь от Урана на своей орбите, — пояснил соавтор работы Алекс Паттхофф, старший научный сотрудник Института планетарных наук. — Сопоставив модель с тем, что мы наблюдаем на поверхности, мы можем делать выводы о прошлом эксцентриситете Ариэля и о том, какой толщины мог быть его океан».
Расчёты показали, что эксцентриситет орбиты Ариэля в прошлом мог составлять около 0,04 — примерно в 40 раз больше нынешнего значения. Хотя такая орбита всё ещё выглядела бы почти круговой, эта разница значительно усиливала бы приливные силы, воздействующие на спутник. По этому показателю орбита Ариэля была бы примерно в четыре раза более вытянутой, чем у спутника Юпитера Европы, ледяная оболочка которой сильно растрескана из-за постоянного гравитационного растяжения и сжатия. Эти силы, вероятно, сыграли важную роль в формировании драматичного рельефа Ариэля. «Чтобы создать такие разломы, нужен либо очень тонкий лёд над очень большим океаном, либо более высокий эксцентриситет и океан поменьше, — отметил Паттхофф. — Но в любом случае нам нужен океан, чтобы могли возникнуть трещины, которые мы видим на поверхности Ариэля».
Исследование Ариэля стало вторым в серии работ, посвящённых тому, что могло существовать под поверхностью спутников Урана. Годом ранее та же команда сообщила о похожих результатах для Миранды — ещё одного ледяного спутника Урана. В совокупности эти находки позволяют предположить, что сразу несколько лун в системе Урана могли иметь значительные подповерхностные океаны. «Мы находим свидетельства того, что система Урана может скрывать два океанических мира, — заявил соавтор Том Нордхайм из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, главный исследователь гранта NASA Solar System Workings, финансировавшего изучение Миранды и Ариэля. — К сожалению, мы видели только южные полушария Ариэля и Миранды. Но наши результаты позволяют предсказать, что будущий космический аппарат может увидеть на неисследованных северных полушариях этих спутников, например, где там расположены разломы и хребты. В конечном счёте нам просто нужно вернуться в систему Урана и увидеть всё своими глазами».
Учёные пока не знают точно, когда именно на Ариэле мог существовать глубокий океан и как долго он сохранялся. Однако новые результаты создают важную основу для дальнейших исследований того, как формируются, развиваются и со временем исчезают подповерхностные океаны на далёких ледяных мирах. Будущая миссия к Урану могла бы проверить прогнозы исследователей, получив снимки неизученных северных полушарий Ариэля и Миранды и поискав там разломы и хребты, предсказанные моделями. Работа также финансировалась Консорциумом космических грантов Северной Дакоты.