Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), astronomowie odkryli, że Ariel, jeden z księżyców Urana, może ukrywać się w oceanie zakopanej wody w stanie ciekłym.
To odkrycie może dostarczyć odpowiedzi na tajemnicę otaczającą księżyc planety Uran, która wprawiła naukowców w zakłopotanie: fakt, że powierzchnia Ariel pokryta jest dużą ilością lodu z dwutlenku węgla. Jest to zastanawiające, ponieważ w odległości Urana i jego księżyców od Słońca, 20 razy dalej od Słońca niż Ziemia, dwutlenek węgla zamienia się w gaz i ucieka w przestrzeń kosmiczną. Oznacza to, że jakiś proces musi odświeżyć dwutlenek węgla na powierzchni Ariel.
Poprzednie teorie sugerowały, że dzieje się to w wyniku interakcji między powierzchnią tarczy a naładowanymi cząstkami uwięzionymi w magnetosferze Urana, które wytwarzają promieniowanie jonizujące, powodując rozpad cząstek i pozostawiając po sobie dwutlenek węgla – proces zwany „rozpadem radioaktywnym”.
Jednak nowe dowody uzyskane za pomocą Teleskopu Jamesa Webba sugerują, że źródło dwutlenku węgla może nie pochodzić spoza Ariel, ale z jej wnętrza, być może z oceanu ukrytego pod jego powierzchnią.
Powiązany: „Korki” wokół Urana mogą rozwiązać zagadkę słabych pasów radiacyjnych
Ponieważ pierwiastki i cząsteczki chemiczne absorbują i emitują światło o różnych długościach fal, pozostawiają indywidualne „odciski palców” na widmach. Zespół odpowiedzialny za odkrycie wykorzystał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do zebrania widm światła Ariel, co pomogło im namalować obraz składu chemicznego Urana.
Porównując te dane z symulowanymi widmami mieszaniny chemicznej w laboratorium na Ziemi, zespół odkrył, że Ariel zawiera jedne z najbogatszych złóż dwutlenku węgla w Układzie Słonecznym. Nie tylko zwiększyło to grubość lodu o dodatkowe 10 milimetrów (0,4 cala) po stronie Ariel, która jest ograniczona przez pływy i która jest stale zwrócona w stronę Urana, ale także po raz pierwszy ujawniło widoczne pokłady tlenku węgla.
„To nie powinno tak być. Musisz obniżyć temperaturę do 30 kelwinów [minus 405 degrees Fahrenheit] Zanim tlenek węgla ustabilizuje się, mówi Richard Cartwright, lider zespołu z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa (APL). – stwierdził w oświadczeniu„Nie ma wątpliwości, że tlenek węgla należy aktywnie uzupełniać”.
Dzieje się tak dlatego, że temperatura powierzchni Ariel jest średnio o około 65°F (18°C) wyższa od temperatury wnętrza.
Cartwright przyznaje, że za część tego odmłodzenia może odpowiadać rozpad radioaktywny. Jednakże obserwacje z przelotu sondy Voyager 2 obok Urana i jego księżyców w 1986 r. oraz inne najnowsze wyniki sugerują, że interakcje zachodzące w wyniku rozpadu radioaktywnego mogą być ograniczone, ponieważ oś pola magnetycznego Urana i płaszczyzna orbit jego księżyców znajdują się w odległości około 58 km od stopień.
Oznacza to, że większość związków węgla i tlenu, które widzimy na powierzchni Ariel, mogła powstać w wyniku procesów chemicznych zachodzących w oceanie ciekłej wody uwięzionej pod lodem Ariel.
Spokojna klientka Ariel może mieć wulkaniczny temperament
Po utworzeniu się w oceanie sączącej się wody Ariel te tlenki węgla mogą przedostać się przez pęknięcia w lodowej powłoce Urana lub nawet zostać wyrzucone wybuchowo przez potężne pióropusze erupcyjne.
Naukowcy od dawna podejrzewali, że popękana, pokryta bliznami powierzchnia planety Ariel może wskazywać na obecność aktywnych kriowulkanów, czyli wulkanów wyrzucających kolumny lodu, a nie lawę. Pióropusze te mogą być tak potężne, że mogą uwolnić materię do pola magnetycznego Urana.
Większość pęknięć i rowków widocznych na powierzchni Ariel znajduje się po stronie Księżyca zwróconej w stronę Urana. Jeśli dwutlenek węgla i tlenek węgla przedostają się z tych obiektów na powierzchnię księżyca Urana, może to wyjaśniać, dlaczego związki te występują w większej ilości po tej tylnej stronie lodowego ciała.
Teleskop Jamesa Webba uchwycił także więcej dowodów chemicznych na istnienie podpowierzchniowego oceanu w postaci ciekłej wody. Analiza spektralna wykazała obecność minerałów karbonitowych, czyli soli powstających w wyniku spotkania skał i interakcji z ciekłą wodą.
„Jeśli nasza interpretacja tej cechy węglowej jest prawidłowa, jest to bardzo duży wynik, ponieważ oznacza, że musiała ona powstać w pomieszczeniu” – powiedział Cartwright. „To coś, co zdecydowanie musimy potwierdzić poprzez przyszłe obserwacje, modelowanie lub kombinację technik”.
Uran i jego księżyce nie były odwiedzane przez statek kosmiczny od czasu sondy Voyager 2 prawie cztery dekady temu i nie była to nawet główna misja statku kosmicznego. Badania z zakresu nauk o planetach i astrobiologii, które odbędą się w 2023 r., podkreślają potrzebę ustalenia priorytetu dedykowanej misji do układu Urana.
Cartwright uważa, że taka misja umożliwiłaby zebranie cennych informacji o Uranie i Neptunie, drugim lodowym olbrzymie w Układzie Słonecznym. Taka misja mogłaby również dostarczyć istotnych danych na temat innych księżyców, które potencjalnie zawierają oceany w tych układach. Informacje te można następnie zastosować do egzoplanet, czyli „egzoplanet” znajdujących się poza Układem Słonecznym.
„Wszystkie te nowe spostrzeżenia podkreślają znaczenie układu Urana” – powiedział Ian Cohen, członek zespołu i naukowiec z Laboratorium Fizyki Stosowanej NASA. „Niezależnie od tego, czy chodzi o odkrycie kluczy do powstania Układu Słonecznego, czy lepsze zrozumienie złożonego pola magnetycznego planety, lub ustalenie, czy „Gdyby te księżyce były potencjalnymi światami oceanicznymi, wielu z nas, członków społeczności planetologów, naprawdę nie może się doczekać przyszłej misji badania Urana”.
Wyniki badań zespołu opublikowano w środę (24 lipca) w Listy do dzienników astrofizycznych.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
