Астрономы измерили глубину океана на Миранде

До сих пор астрономы испытывали сомнения в возможности наличия на этом спутнике Урана жидкой воды: при диаметре в 471 километр и температуре поверхности на уровне жидкого азота Миранда казалась слишком маленькой для длительного существования подледного океана.

Исследователи из США подвергли тщательному анализу снимки, сделанные «Вояджером-2» в 1986 году, во время его пролета мимо Урана. Среди прочего на них запечатлена часть Миранды — ближайшего к Урану крупного спутника (от него до планеты всего 130 тысяч километров). Тогда удалось заснять только южное полушарие, потому что в северном была зима, оно находилось во тьме.

Миранда — одна из самых далеких от Земли лун Солнечной системы. Вместе со своей планетой, Ураном, она удаляется от Солнца на расстояние до трех миллиардов километров, что в 20 раз больше расстояния от Земли до Солнца. Температура поверхности этого спутника Урана — от минус 213 до минус 189 градусов Цельсия. То есть во время местной зимы твердым становится даже азот, а вот местным летом он, напротив, может испаряться. Впрочем, вряд ли азота на столь малом теле сколько-нибудь значимое количество. Считается, что поверхность Миранды состоит из водяного льда, возможно, с примесями аммиака.

Поверхность спутника — его наиболее странная особенность. Обычно тело диаметром менее 500 километров практически лишено геологической активности, поскольку быстро остывает. После этого его поверхность покрывается множеством кратеров от падающих астероидов. Однако относительно плоских районов (ландшафт старый, все неровности со временем сгладились, но присутствуют кратеры), на Миранде не так много. Основная часть 700 тысяч квадратных километров спутника покрыта сложным рельефом: холмистые равнины, разломы, каньоны, крутые склоны и уступы. Также известны три очень необычные кольцевые области размером более 200 километров, с учетом размеров спутника покрывающие огромную его часть.

То, что настолько сложная поверхность не могла образоваться без геологической активности, вполне ясно. Ее причиной считали приливный разогрев от взаимодействия Миранды с Ураном и другими его спутниками. Но авторы новой научной работы, опубликованной в журнале The Planetary Science Journal, пошли дальше и попытались построить компьютерную модель, воспроизводящую из наборов случайных параметров зафиксированную «Вояджером-2» картину южного полушария Миранды.

Однако моделирование дало непротиворечивые результаты только при одном и весьма экзотическом сценарии. Мешанина сложных геологических черт поверхности оказалась совместима лишь с наличием у Миранды подповерхностного океана. Моделирование показало, что он мог образоваться, только если в прошлом у этого спутника был орбитальный резонанс с каким-то из других спутников Урана, например с Ариэлем (диаметр более 1150 километров, он намного крупнее своей соседки). Орбита Ариэля лежит примерно на 60 тысяч километров дальше от Урана, чем у Миранды. Орбитальным резонансом называют ситуацию, когда два или более небесных тела имеют периоды вращения, соотносящиеся как, например, один к двум (возможны и другие натуральные числа).

Как легко догадаться, при орбитальном резонансе в определенных точках орбиты небесные тела регулярно «встают друг напротив друга». Следовательно, сила гравитационного взаимодействия между ними то резко возрастает (в момент противостояния), то резко падает. Это, с одной стороны, стабилизирует их орбиты, с другой — серьезно деформирует оба тела приливными взаимодействиями.

В случае Миранды такая деформация серьезно разогревала ее недра. Расчеты показали, что глубина его глобального подледного океана была около 100 километров еще 100-500 миллионов лет назад. При этом толщина ледяной коры над океаном не превышала 30 километров. То есть небольшой по объему спутник располагал водоемом с общим объемом намного больше, чем у самого крупного из земных морей.

Причем океан этот в основном не замерз даже в нашу эпоху, когда орбитальный резонанс у Миранды и других спутников Урана уже разладился. Если бы его замерзание произошло, поверхность спутника покрылась бы серьезными трещинами при расширении, ведь лед по объему больше жидкой воды, а таких трещин на Миранде нет.

На сегодня в Солнечной системе есть как минимум полтора десятка карликовых планет и спутников, на которых предполагается существование подледных океанов. Интересно, что среди спутников Урана и до Миранды были известны другие носители сходных океанов. Например, это намного более крупный Ариэль. На его поверхности обнаружены следы геологически недавних извержений криовулканов. Помимо этого, океаны считаются вероятными в недрах Титании и Оберона, двух других крупных спутников Урана. Новое исследование, посвященное Миранде, означает, что всего таких тел в системе Урана как минимум четыре.

Подобные образования привлекают внимание ученых потому, что подледный океан может иметь условия, благоприятные для возникновения жизни. Например, на спутнике Сатурна Энцеладе из криогейзеров бьет соленая вода с содержанием органических молекул. Считается, что соленая вода, богатая органикой, была исходной средой возникновения жизни и на Земле.