Спутники Урана могут иметь криовулканизм из-за потенциальных внутренних океанов

Фото из открытых источников

Что криовулканизм на карликовой планете Церера может рассказать нам о потенциальном криовулканизме на пяти крупнейших лунах Урана, включая Оберон, Умбриэль, Ариэль, Титанию и Миранду? Это то, на что надеются ответить два исследования, недавно представленные на 56 -й конференции по науке о Луне и планетах, поскольку группа исследователей изучала использование Цереры в качестве аналога потенциальных океанических лун, Умбриэля и Оберона, и вероятность ударного кратера на Умбриэле, демонстрирующего доказательства криовулканизма. Эти исследования могут помочь исследователям лучше понять формирование и эволюцию океанических миров во внешней солнечной системе и могут ли они потенциально иметь жизнь, как мы ее знаем.

Эксперты Universe Today обсудили это невероятное исследование с Адин Дентон, научным сотрудником Юго-Западного исследовательского института, и Дженнифер Скалли, геологом-планетаристом Лаборатории реактивного движения NASA, относительно мотивации исследований, значимых результатов, криовулканизма во внешней солнечной системе и того, как эти исследования могут способствовать обсуждению отправки другого космического корабля для изучения Урана и его лун. Итак, какова была мотивация исследований?

«Когда дело доходит до спутников Урана, данных очень мало, и те данные, которые у нас есть, имеют относительно низкое разрешение», — говорит Дентон, ведущий автор исследования ударного кратера и соавтор исследования аналога Цереры. «Планы НАСА для его следующей миссии Flagship (надеюсь) вернуться к Урану, поэтому сейчас самое время для нас подумать о нацеливании различных спутников в рамках этой миссии. В рамках этого процесса нам нужно лучше понять геологический потенциал некоторых спутников Урана — мы знаем, что Миранда и Ариэль могут представлять интерес, но для Умбриэля и Оберона наши данные изображений намного хуже, что является частью проблемы. Поскольку у Цереры есть геологические особенности, которые могут быть сопоставимы, это невероятная возможность получить некоторое представление об этих лунах, используя то, что мы знаем о Церере».

Для исследования аналога Цереры исследователи сравнили криовулканизм в кратере Оккатор с потенциальным криовулканизмом на Умбриэле и Обероне, используя изображения, полученные с космических аппаратов NASA Dawn и Voyager 2 соответственно. Криовулканизм на Церере изображен в ярких пятнах, которые были приписаны рассолу (очень соленой) воде с потенциальным происхождением, являющимся древним внутренним жидким водным океаном. Похожие яркие пятна наблюдались на изображениях Умбриэля и Оберона, поэтому целью исследования было выяснить, обладают ли Умбриэль и Оберон внутренним океаном или когда-либо обладали им.

Для этого команда проанализировала изображения Voyager 2 и сравнила геологические особенности обеих лун с особенностями Цереры. Исследователи попытались улучшить некоторые особенности изображений Voyager 2, чтобы лучше сравнить их с изображениями Dawn, но гораздо более низкое разрешение привело к пикселизации или размытости. Несмотря на это, им удалось разработать гипотезы относительно происхождения ярких пятен на лунах Урана, одновременно разрабатывая методы для будущей работы с дополнительными данными.

Для исследования ударного кратера Умбриэль исследователи изучили ударный кратер Вунда длиной около 130 километров на Умбриэле с целью выяснить, имеют ли его яркие пятна криовулканическое происхождение. Они использовали ряд компьютерных моделей для моделирования удара под различной толщиной коры и ледяного покрова и возможным подповерхностным жидким океаном. Итак, каковы были наиболее значимые результаты двух исследований?

«Наши исследования предложили две новые гипотезы относительно этих особенностей в Умбриэле и Обероне», — говорит Скалли, ведущий автор исследования аналога Цереры и соавтор исследования ударного кратера. «(1) Рассолы из подповерхностного резервуара расплава, образованного теплом от удара, формирующего Вунду, и потенциально связанного с подповерхностным океаном, могли образовать яркие отложения в кратере Вунда на Умбриэле. Рассолы могли быть вытолкнуты на поверхность, когда резервуар замерзал, оставляя после себя яркие соленые отложения на поверхности после того, как жидкий компонент был потерян в космосе».

«(2) Суспензия из рассола и твердых частиц, также потенциально поступившая из подземного океана, могла сформировать безымянную гору на Обероне как криовулканический купол. Обе гипотезы имеют прямые аналогии с особенностями на Церере: в кратере Оккатор есть яркие соленые отложения (называемые факелами), а Ахуна Монс является криовулканическим куполом на Церере», - продолжает Скалли.

Как следует из названия, криовулканизм — это ледяная версия традиционного вулканизма, которая состоит из льда или инея вместо магмы. Впервые использованный в 1987 году в тезисах конференции Геологического общества Америки, термин криовулкан быстро приобрел популярность, особенно после того, как космический аппарат Voyager 2 совершил пролет мимо Урана в предыдущем году и должен был совершить пролет мимо Нептуна в следующем году.

До того, как научная фаза миссий Voyager закончилась, Voyager 2 также обнаружил активные гейзеры на спутнике Нептуна Тритоне. С тех пор более продвинутые миссии выявили существование активных геологических процессов на нескольких планетных телах по всей Солнечной системе, включая Европу, Энцелад, Цереру, Плутон и Титан. Эти открытия продолжают учить ученых тому, что наша Солнечная система находится в разнообразном и активном месте в нашем маленьком уголке Галактики Млечный Путь. Поэтому, что может научить нас криовулканизм во внешней Солнечной системе о формировании лун Урана или даже о формировании самой Солнечной системы?

«Оба процесса, которые мы предлагаем для кратера Вунда и горы Оберона, можно классифицировать как криовулканизм», — говорит Скалли. «Работа Адина по моделированию образования кратера Вунда указывает на то, что ледяной панцирь Умбриэля мог быть намного тоньше и/или теплее, чем сегодня, что имеет важные последствия для формирования и эволюции этой луны. Наша работа также показывает, что криовулканические процессы могут быть вызваны ударным кратерированием, как мы предполагаем в случае с ярким отложением Вунда. Ударное кратерирование — распространенный процесс по всей Солнечной системе, поэтому интересно думать о нем как о возможном триггере криовулканических процессов».

В то время как Уран продолжает изучаться и по сей день, особенно мощным космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА, космический аппарат Voyager 2 по-прежнему остается единственным космическим аппаратом, который напрямую посетил Уран и его многочисленные луны. Несмотря на то, что Voyager 2 провел только один пролет, он обнаружил 10 дополнительных лун и два новых кольца вокруг Урана, который является единственной планетой в Солнечной системе, которая вращается почти полностью на боку. После пролета в 1986 году несколько миссий находились на разных стадиях разработки от НАСА, Европейского космического агентства (ESA) и Китайского национального космического управления (CNSA), хотя многие из них продолжали предлагаться, некоторые были выбраны, но так и не были реализованы, а некоторые не были выбраны вообще.

К ним относятся MUSE, ODINUS от ESA и совместный NASA-ESA Uranus Pathfinder, Tianwen-4 от CNSA, OCEANUS и Uranus Orbiter and Probe (UOP) от NASA. Из этих миссий Planetary Science Decadal Survey 2023-2032 выбрал UOP в качестве высокоприоритетной миссии класса Flagship, которая является самой дорогой и научно значимой миссией, стоимость большинства из которых превышает 1 миллиард долларов. В настоящее время запуск UOP запланирован не ранее 2031 года, а выход на орбиту вокруг Урана произойдет в 2044 году. Хотя UOP все еще находится в стадии разработки и может столкнуться с изменениями в конструкции перед запуском, как эти два исследования способствуют обсуждению отправки еще одной миссии к Урану, и должна ли это быть орбитальная станция или пролет?

«Если мы вернемся к Урану, нам обязательно нужно будет сделать орбитальный аппарат», — говорит Дентон. «Чтобы разрешить неизвестные вопросы о недрах лун, включая предположения о том, что их недра гораздо сложнее, нам нужно собирать информацию с гораздо более высоким разрешением и, в идеале, в ходе многократных пролетов — многократные пролеты могут дать нам геодезическую/геофизическую информацию, необходимую для согласования того, что мы видим на поверхности, с глубокими недрами (такие вещи, как данные о гравитации, использование магнитной индукции для обнаружения океанов и тому подобное). Если мы серьезно настроены понять систему Урана, то выбор орбитального аппарата имеет решающее значение».

Несмотря на ограниченные данные и прямые исследования, планета Уран продолжает оставаться одним из самых захватывающих и загадочных планетарных тел в Солнечной системе, включая его боковой наклон и несколько лун, которые могут похвастаться уникальными и внушающими благоговение геологическими особенностями, которые могут указывать на существование подповерхностных океанов, как в прошлом, так и в настоящем. В то время как Voyager 2 смог воспользоваться редким планетарным выравниванием, которое случается только раз в 175 лет, что позволило ему добраться до Урана за девять лет, обычным методам потребовалось бы почти 14 лет, чтобы достичь Урана, как отмечено в предлагаемой миссии UOP. Хотя огромное время в пути потенциально является одной из основных причин не возвращаться к Урану, эти два исследования показывают, что еще многое предстоит узнать об Уране и его многочисленных лунах, включая то, чему он может научить ученых о формировании и эволюции планет, и, возможно, даже об истории Солнечной системы.

«Луны Урана действительно классные», — говорит Дентон. «Я думаю, что это исследование — классный пример использования старых данных с Voyager 2 и применения современных инструментов, включая современные методы обработки данных изображений и современные методы моделирования, чтобы максимально использовать то, что у нас есть. Наука — это совместные усилия в том смысле, что мы работаем в командах, но это также совместные усилия по использованию любой информации, которую мы можем получить. Для меня это самое крутое в науке — то, что Voyager 2 все еще может помогать нам так много лет спустя».

Какие новые открытия о криовулканизме во внешней солнечной системе сделают исследователи в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет…