Ариэль — четвертый по размерам спутник Урана. Открыт британским астрономом Уильямом Ласселом в 1851 году. Диаметр спутника — около 1160 км, что вдвое меньше Плутона. Поверхность покрыта кратерами, как у большинства тел Солнечной системы, но есть и уникальные черты: сети каньонов глубиной до 10 километров, хребты и загадочные борозды, пересекающие равнины. В 1986 году «Вояджер-2» пролетел в 80 000 км от Ариэля, сделав единственные близкие снимки. Тогда же ученые заметили необычные светлые отложения, предположительно состоящие из углекислого газа.
Долгое время считалось, что Ариэль — «мертвый» ледяной шар. Однако в 2023 году анализ данных «Вояджера» и наблюдений с Земли показали: спутник может обладать подповерхностным океаном. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил на Ариэле большие запасы CO₂ и CO. Эти льды должны испаряться в космос, значит, что-то постоянно пополняет их запасы. Ответ, возможно, скрыт в разломах, которые стали главным объектом авторов нового исследования.
Группа американских ученых из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса под руководством Хлои Беддингфилд (Chloe Beddingfield) изучила медиальные борозды Ариэля — системы разломов, пересекающих дно каньонов. Раньше их объясняли тектоникой, но теперь появилась иная версия. Исследователи сравнили процесс с океаническим спредингом на Земле, где горячая магма поднимается из мантии, формируя новую кору.
«Если убрать дно каньонов, их края идеально совпадают. Это прямое доказательство спрединга: материал из недр поднимается, раскалывает кору и застывает, создавая свежие участки поверхности», — пояснила Беддингфилд.
Статья по теме: Большие, малые и совершенно разные: спутники планет Солнечной системы
Ученые реконструировали пять крупнейших каньонов — Брауни, Кьюпи, Корриган, Пикси и Силф. Когда виртуально «удалили» их дно, стенки сошлись, как пазл.
Источником энергии для этого процесса могут быть приливные силы. Ариэль вращается вокруг Урана по вытянутой орбите, из-за чего гравитация планеты то сжимает, то растягивает спутник. Это трение разогревает недра, создавая конвекционные потоки во льдах. Расплавленная смесь воды, аммиака и солей поднимается по разломам, замерзает на поверхности и «расталкивает» края каньонов. Так формируются медиальные борозды — самые молодые структуры Ариэля.
Этим же механизмом можно объяснить обилие CO₂ и CO. Льды выносятся из глубин вместе с водой. На поверхности они «разлагаются» под солнечным излучением, но процесс спрединга постоянно пополняет запасы. Если гипотеза команды американских ученых верна, разломы — прямые «окна» в недра спутника.
Однако связь с подповерхностным океаном пока не ясна. Даже если океан существует, он может находиться слишком глубоко, чтобы взаимодействовать с разломами. Данные «Вояджера-2» не позволяют точно определить состав льдов — у зонда не было спектрометра для детального анализа.
Ариэль — не единственный спутник с признаками внутренней активности. У Европы (Юпитер) и Энцелада (Сатурн) есть подледные океаны, из которых бьют гейзеры. Но на Ариэле процесс иной: вместо выбросов в космос здесь происходит медленное «обновление» коры. Это делает спутник уникальной лабораторией для изучения геологии ледяных тел.
Кроме того, углеродные соединения на поверхности могут быть ключом к пониманию химической эволюции Солнечной системы. CO и CO₂ — базовые химические соединения для органической химии. Если они поступают из недр Ариэля, значит, там происходят сложные процессы, возможно, с участием жидкой воды.
Статья по теме: Кольца Урана оказались не похожими ни на одну кольцевую структуру планет Солнечной системы
Чтобы проверить гипотезу, нужна миссия к Урану. Сейчас NASA разрабатывает проект Uranus Orbiter and Probe — орбитальный зонд с атмосферной станцией. Аппарат должен изучить состав атмосферы Урана, а также совершить несколько пролетов мимо спутников. Специальные камеры и спектрометры смогут картографировать медиальные борозды Ариэля с разрешением до 10 метров и определить распределение CO₂.
Проблема — сроки. Даже если миссию одобрят в 2025 году, запуск состоится не раньше 2030-х из-за нехватки плутония-238 для радиоизотопных генераторов. Китай планирует отправить к Урану зонд Tianwen-4 в 2045 году, но он выполнит лишь один пролет.
Ариэль продолжает удивлять ученых. То, что на первый взгляд казалось застывшим миром, на самом деле — геологически активное тело. Его разломы — не просто шрамы от древних катастроф, а живые «артерии», соединяющие поверхность с глубинами. Ответы на вопросы о подледном океане и происхождении углекислоты могут изменить понимание ученых об обитаемости ледяных спутников.
С выводами исследователей можно ознакомиться в статье, опубликованной в The Planetary Science Journal.