Opětovná analýza dat ze sond Voyager a nové počítačové modelování vedly vědce NASA k závěru, že čtyři z největších měsíců Uranu pravděpodobně obsahují vrstvu oceánu mezi svým jádrem a ledovou kůrou.
Jejich studie je první, která podrobně popisuje vývoj složení a struktury vnitřku všech pěti velkých měsíců: Ariel, Umbriel, Titania, Oberon a Miranda. Práce naznačuje, že na čtyřech z těchto měsíců se nacházejí oceány, které mohou být hluboké desítky kilometrů.
Kolem Uranu obíhá celkem nejméně 27 měsíců, z nichž čtyři největší mají průměr od Ariela (720 mil) po Titanii (980 mil). Vědci se dlouho domnívali, že Titania vzhledem ke své velikosti bude s největší pravděpodobností uchovávat vnitřní teplo, způsobené radioaktivním rozpadem. Ostatní měsíce byly dříve všeobecně považovány za příliš malé na to, aby si udržely teplo potřebné k tomu, aby vnitřní oceán nezamrzl, zejména proto, že ohřev vytvářený gravitační přitažlivostí Uranu je pouze malým zdrojem tepla.
Dekádový průzkum planetárních věd a astrobiologie pro rok 2023, který vypracovala Národní akademie, stanovil jako prioritu průzkum Uranu. V rámci příprav na takovou misi se planetární vědci zaměřují na ledového obra, aby posílili své znalosti o záhadném systému Uranu. Publikováno v časopise Journal of Geophysical Research: Nová práce by mohla poskytnout informace o tom, jak by budoucí mise mohla zkoumat měsíce, ale její důsledky přesahují i Uran, uvedla hlavní autorka Julie Castillo-Rogezová z Laboratoře tryskového pohonu NASA v jižní Kalifornii.
„Pokud jde o malá tělesa – trpasličí planety a měsíce – planetární vědci již dříve našli důkazy o existenci oceánů na několika nepravděpodobných místech, včetně trpasličích planet Ceres a Pluto a Saturnova měsíce Mimas,“ řekla. „Ve hře jsou tedy mechanismy, kterým plně nerozumíme. Tato práce zkoumá, jaké by to mohly být a jak se týkají mnoha těles ve sluneční soustavě, která by mohla být bohatá na vodu, ale mají omezené vnitřní teplo.“
Nedávný snímek Hubbleova vesmírného dalekohledu NASA ukazuje Uran obklopený čtyřmi hlavními prstenci a deseti ze 17 známých satelitů. Kredit: NASA/JPL/STScI
Studie se vrátila ke zjištěním z přeletů sondy NASA Voyager 2 kolem Uranu v 80. letech 20. století a z pozemních pozorování. Autoři sestavili počítačové modely doplněné o další poznatky získané sondami NASA Galileo, Cassini, Dawn a New Horizons (každá z nich objevila oceánské světy), včetně poznatků o chemii a geologii Saturnova měsíce Enceladus, Pluta a jeho měsíce Charon a Ceres – všech ledových těles přibližně stejné velikosti jako měsíce Uranu.
Co leží nad a pod
Vědci použili toto modelování k určení poréznosti povrchu uranových měsíců a zjistili, že jsou pravděpodobně dostatečně izolované na to, aby udržely vnitřní teplo, které by bylo potřeba k vytvoření oceánu. Kromě toho zjistili, co by mohlo být potenciálním zdrojem tepla ve skalnatých pláštích měsíců, které uvolňují horkou kapalinu a pomohly by oceánu udržet teplé prostředí – tento scénář je obzvláště pravděpodobný u Titanie a Oberonu, kde mohou být oceány dokonce dostatečně teplé, aby potenciálně podporovaly obyvatelnost.
Zkoumáním složení oceánů se vědci mohou dozvědět o materiálech, které by se mohly nacházet i na ledovém povrchu měsíců, v závislosti na tom, zda byly látky pod nimi vytlačeny zespodu geologickou činností. Existují důkazy z teleskopů, že přinejmenším jeden z měsíců, Ariel, má materiál, který na jeho povrch vytekl, možná z ledových sopek, relativně nedávno.
Na Mirandě, nejvnitřnějším a pátém největším měsíci, se také nacházejí povrchové rysy, které se zdají být nedávného původu, což naznačuje, že se na něm kdysi mohlo udržovat dostatek tepla pro udržení oceánu. Nedávné tepelné modelování zjistilo, že Miranda pravděpodobně nehostí vodu dlouho: Ztrácí teplo příliš rychle a nyní je pravděpodobně zmrzlá.
Vnitřní teplo by však nebylo jediným faktorem, který by přispíval ke vzniku podpovrchového oceánu na měsíci. Klíčové zjištění studie naznačuje, že v oceánech největších měsíců ledového obra se pravděpodobně hojně vyskytují chloridy a také amoniak. O čpavku je již dlouho známo, že působí jako nemrznoucí kapalina. Modelování navíc naznačuje, že dalším zdrojem nemrznoucí směsi by byly soli pravděpodobně přítomné ve vodě, které by udržovaly vnitřní oceány těles.
Samozřejmě stále existuje mnoho otázek ohledně velkých měsíců Uranu, řekla Castillo-Rogezová a dodala, že je třeba udělat ještě spoustu práce: „Musíme vypracovat nové modely pro různé předpoklady o původu měsíců, abychom se mohli řídit plánováním budoucích pozorování.“
Zkoumání toho, co se nachází pod povrchem a na povrchu těchto měsíců, pomůže vědcům a inženýrům vybrat nejlepší vědecké přístroje pro jejich průzkum. Například zjištění, že se zde mohou vyskytovat amoniak a chloridy, znamená, že spektrometry, které detekují sloučeniny podle odraženého světla, budou muset používat rozsah vlnových délek, který pokrývá oba druhy sloučenin.
Stejně tak mohou tyto znalosti využít při návrhu přístrojů, které mohou zkoumat hluboké nitro na přítomnost kapaliny. Hledání elektrických proudů, které přispívají k magnetickému poli měsíce, je obecně nejlepší způsob, jak najít hluboký oceán, jak to udělali vědci z mise Galileo na Jupiterově měsíci Europa. Studená voda ve vnitřních oceánech měsíců, jako jsou Ariel a Umbriel, by však mohla způsobit, že oceány budou méně schopné přenášet tyto elektrické proudy, což by pro vědce, kteří se snaží zjistit, co se pod nimi nachází, představovalo nový druh výzvy.
