Группа американских учёных составила карту поверхности спутника Урана под названием Миранда, а также смоделировала механизмы приливного давления на нём и сделала вывод, что в недрах этой луны может находиться океан жидкой воды.

Источник изображения: nasa.gov

Толщина океана на Миранде, по оценкам учёных, составляет не менее 100 км, и существует он последние 100–500 млн лет. Правда, находится он не на поверхности спутника, а на глубине около 30 км. В подтверждение своей гипотезы учёные говорят, что если бы вода на Миранде полностью замёрзла, на поверхности спутника появились бы трещины определённого вида, свидетельствующие о расширении замёрзшего океана изнутри. Однако изучение имеющихся изображений луны показало, что такие трещины отсутствуют.

Один из снимков Миранды был получен американским аппаратом «Вояджер-2», который пролетал мимо неё в 1986 году. Изображение показало неровную поверхность луны, покрытую бороздами и кратерами, которые, как считают учёные, появились под действием приливных сил и внутреннего нагрева спутника. На основе особенностей поверхности учёные смоделировали внутреннюю часть Миранды — они проанализировали механизмы напряжения и сдвигов, чтобы сделать вывод о внутренних силах, которые могли сформировать её внешний вид. Глубокий океан, по их мнению, мог возникнуть в результате теплового импульса при изменении орбиты луны вследствие её гравитационного взаимодействия с другими спутниками Урана.

«Настолько глубокий океан мог сделать Миранду очень похожей на [спутник Сатурна] Энцелад и потенциально пригодной для жизни в геологически недавнем прошлом», — считают исследователи.

Через четыре миллиарда лет человечеству придётся искать спасения на окраинах Солнечной системы от сбросившего оболочку Солнца. Это будет возможно лишь при наличии там огромных запасов воды. Намёки на глобальные океаны есть на многих спутниках планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Но вода в изобилии может быть также на спутниках таких далёких планет, как Уран и Нептун, на что недавно указали данные, полученные благодаря телескопу «Джеймс Уэбб».

Художественное представление Урана и его спутника — Ариэля. Источник изображения: NASA

Учёные из Лаборатории прикладной физики им. Джона Хопкинса (APL) во главе с планетологом Ричардом Картрайтом (Richard J. Cartwright) использовали инфракрасный спектрометр прибора NIRSpec космической обсерватории им. Джеймса Уэбба для химического анализа вещества на поверхности Ариэля — одного из ближайших спутников Урана. Это самый яркий спутник этой планеты, значительная часть поверхности которого покрыта льдом. Что это за лёд и как он образуется, давно интересует учёных.

Единственное частичное изображение Ариэля получил зонд NASA «Вояджер-2» 24 января 1986 года. Миссия в систему Урана (и Нептуна) стала бы настоящим подарком учёным, но она пока всерьёз не планируется. Что-то такое могут затевать китайцы, но точных данных на этот счёт нет.

Лёд на поверхности Ариэля расположен неравномерно. Поскольку спутник всё время обращён одной стороной к Урану (он находится в приливном захвате по отношению к планете), на дальней стороне ледяной слой больше — до 10 мм, а на ближней он всего 0,3 мм. Анализ показал, что в основном это замёрзшая углекислота. Также в данных «Уэбба» обнаружились следы угарного газа на Ариэле и ряда других химических соединений, включая карбонаты.

Сезонные изменения на Ариэле должны были уносить с его поверхности изрядные объёмы углекислоты, но этого по какой-то причине не происходит. Её объёмы восполняет какой-то источник или источники. Углекислота может восполняться в процессе химических реакций в присутствии заряженных частиц из магнитосферы Урана (так называемый процесс радиолиза). Однако её запасы также может пополнять подповерхностный глобальный океан.

Обратная сторона Ариэля изрыта малыми и большими трещинами. Вещества могут как просачиваться через них, так и распыляться аэрозолями вокруг спутника в процессе криовулканической деятельности на этой луне. Подобные процессы могли бы объяснить, откуда на Ариэле так много углекислотного льда. Наличие карбонатов также говорит в пользу подповерхностного океана — эти соли образуются при контакте горных пород с водой.

Один из двух снимков Ариэля, сделанных зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Наконец, обнаруженные на Ариэле залежи монооксида углерода (угарного газа) тоже нельзя объяснить иными причинами, чем постоянное его пополнение из недр этой луны. Чтобы этот газ охладился и выпал твёрдым веществом на поверхности Ариэля, на нём недостаточно холодно. Не хватает, как минимум, ещё -18 °C, чтобы угарный газ начал там скапливаться в виде отложений. Это всё косвенные намёки на подлёдный океан на Ариэле, но в совокупности эти данные могут дать учёным ключ к поиску океанов на экзопланетах. В нашей системе вода тоже будет кстати, особенно так далеко от Земли (и Солнца).

Несмотря на всю мощь технологий нашей цивилизации, глубины морей и океанов всё ещё хранят свои тайны. Традиционный метод изучения вод с помощью экспедиций на океанографических суднах — это крайне затратное мероприятие, не говоря о декларируемом вреде для экологии дизельных силовых установок. Исследование глубин автономными средствами сталкивается с проблемой ограничения питания и тоже не решает проблем. Нужен бесконечный источник питания. И он есть.

Источник изображений: Seatrec

В ответ на запрос NASA и ряда других организаций, компания Seatrec разрабатывает самозаряжающиеся источники питания для автономных морских платформ. В двух своих проектах Seatrec использует один и тот же принцип — накопление и использование энергии в процессе фазового перехода вещества из твёрдого в жидкое состояние и из жидкого в газообразное и обратно. Последняя разработка компании — это «бесконечный» поплавок infiniTE. Система подзарядки поплавка опирается на свойство парафина застывать и уменьшаться в объёме при остывании, например, при погружении во всё более холодные слои океанической воды.

После всплытия парафин переходит в жидкую фазу и за счёт расширения вещества накопленная им кинетическая энергия создаёт избыточное давление в системе, которое направляется на выполнение работы — на вращение генератора. Происходит зарядка батарей платформы. Несколько циклов погружения и всплытия заряжают батареи на борту автономной системы и позволяют ей продолжить исследование глубин.

Устройство infiniTE испытано на практике. Оно способно питать достаточно сложные системы, например, для эхолокации или для изучения акустики океана. Данные собираются обильно и постоянно без вмешательства человека. Это позволит расширить сбор данных о зарождении ураганов, например, чтобы повысить точность предсказания этих разрушительных явлений. А ещё есть потенциальная угроза от подводного флота недружественных стран. Но это будет уже другая история.

Согласно модели, построенной на основе наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), геотермальная активность Эриды и Макемаке, двух карликовых планет в Солнечной системе, может оказаться достаточной, чтобы поддерживать под их поверхностями океаны жидкой воды. Об этом сообщили учёные Юго-Западного научно-исследовательского института (SwRI, США, шт. Техас).

Источник изображений: swri.org

Эрида, расположенная в поясе Койпера, представляет собой ледяной мир, который после открытия в январе 2005 года, привёл к лишению Плутона статуса планеты. Эрида всего на 44 км меньше Плутона, но на 25 % массивнее него благодаря более высокой концентрации горных пород в ядре. И если Эриду отнесли к карликовым планетам, то и Плутону пришлось разделить её участь. Макемаке была открыта через два месяца после Эриды — диаметр новой карликовой планеты составил 1430 км, что примерно на 1000 км меньше, чем у Плутона и Эриды. Эрида сейчас находится на расстоянии 14,4 млрд км от Солнца, а Макемаке — в 7,7 млрд км от звезды, и об обеих известно не так много. Но недавние наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» пролили новый свет на эти миры: на поверхности объектов был обнаружен метановый лёд.

Если бы метан на поверхности этих карликовых планет был поглощён из первичного протопланетного диска 4,5 млрд лет назад, он содержал бы определённое соотношение между двумя изотопами водорода — протием с ядром из одного протона и дейтерием с ядром из протона и нейтрона. Но полученное при помощи телескопа соотношение оказалось отличным от ожидаемого, а значит, оно указывает на геохимическое происхождение метана, образующегося в недрах. На поверхности он, возможно, оказался в результате газовыделения или даже вулканической активности. Для образования метана таким способом необходима температура выше 150 °C, а она, в свою очередь, могла возникнуть только из-за радиоактивных изотопов в ядрах планет — они выделяют тепло при распаде. Соотношение изотопов углерода показало, что выделение метана на поверхность Эриды и Макемаке могло происходить до недавнего с геологической точки зрения времени.

Примечательно, что предложенные учёными модели можно применить и к спутнику Сатурна Титану. Если метан и другие газы могут образовываться на основе геотермальных механизмов в ядре Титана, то гипотетический океан под его поверхностью может получать запасы углерода изнутри.