Толстые отложения углекислоты на ведомом полушарии Ариэля не отменили идею подповерхностного океана

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил на ведомом полушарии спутника Урана Ариэля толстые отложения углекислотного льда, которые покрывают водяной лед. Данные наблюдений говорят о том, что радиолиз способен восполнять запасы углекислого газа в отложениях, однако идея его транспорта из недр, в том числе из возможного океана, не исключается. Статья опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.

Ариэль может обладать подповерхностным океаном, на что указывают расчеты, молодая (менее миллиарда лет) ледяная поверхность спутника и особенности рельефа, которые могли появиться в результате криовулканизма. Поверхность спутника Урана состоит из водяного льда в смеси с углеродсодержащими молекулами, а также отложений замороженной углекислоты и, возможно, аммиака и солей аммония.

Из-за миграции подсолнечной точки, влияния магнитосферы и утечки атмосферы по механизму Джинса, углекислота должна сублимировать, мигрировать между зимним и летним полушариями и частично улетать в космос. Это поднимает вопрос о механизме восполнения ее запасов на поверхности Ариэля. Это может быть процесс радиолиза за счет заряженных частиц из магнитосферы, который способен объяснить усиление содержания углекислоты на ведомых (противоположном направлению движения по орбите) полушариях крупнейших спутников Урана. Однако не исключается и идея источника углекислого газа, расположенного под поверхностью Ариэля.

Группа планетологов во главе с Ричардом Картрайтом (Richard J. Cartwright) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса опубликовала результаты анализа данных наблюдений за ведущим и ведомым полушариями Ариэля, проведенных при помощи спектрографа NIRSpec «Джеймса Уэбба» в сентябре 2023 года. Ученые занимались поисками углеводородов, нитрилов, карбонатов, молекул, содержащих иминогруппу, а также угарного и углекислого газов. Исследователи хотели найти отложения, содержащие аммиак, которые тоже должны возобновляться, а также разобраться в природе льдов на основе углекислоты. Данные наблюдений сравнивали с модельными спектрами углекислотного льда и его смесей с CO, H₂O и аморфным углеродом.

Исследователи обнаружили, что спектральные свойства углекислоты на Ариэле очень похожи на свойства кристаллического углекислотного льда, измеренные в лабораторных условиях. Судя по всему, на поверхности Ариэля находятся одни из самых богатых углекислотой отложений в Солнечной системе, которые сконцентрированы на ведомом полушарии спутника и обладают толщиной более десяти миллиметров, при этом углекислотный лед отделен от водяного льда. Предполагается, что на ведущем полушарии Ариэля отложения углекислоты могут быть толщиной всего 0,3 миллиметра, и может действовать транспорт сублимированного углекислого газа из ведомого в ведущее полушарие, при этом на ведомом полушарии отложения будут устойчивы к смене сезонов.

Ученые также обнаружили в спектрах возможные признаки наличия карбонатов, диоксида триуглерода и нитрилов. Углекислота может быть в отложениях как в виде кристаллического льда, так и в смеси с небольшим количеством угарного газа. Убедительных доказательств наличия углеводородов, перекиси водорода или молекул, содержащих NH, найдено не было. Это может означать, что аморфный углерод преобладает в веществе с низким альбедо и хорошо перемешан с водяным льдом, а уровни облучения заряженными частицами не очень высокие или отложения углекислоты ограничивают генерацию перекиси водорода в водяном льду, лежащим под ними.

Данные наблюдений «Джеймса Уэбба» не исключают дополнительного восполнения запасов углекислоты за счет источников в недрах, в том числе таких как потенциальный океан, а восполнение угарного газа может происходить за счет радиолиза отложений углекислоты тяжелыми ионами в глубоких слоях льдов. Однако пока что трудно установить связь между отложениями и процессами в недрах.

Ранее повторный анализ наблюдений «Кассини» доказал существование молодого океана на спутнике Сатурна Мимасе.