Разломы на Миранде подтвердили идею наличия подповерхностного океана

Планетологи определили, что на спутнике Урана Миранде в недавнем прошлом мог быть подповерхностный океан, остатки которого были способны сохраниться до наших дней. За его возникновение, а также за формирование геологических форм рельефа, таких как венцы, могли быть ответственны приливные силы. Статья опубликована в журнале The Planetary Science Journal.

Возможность существования в прошлом подповерхностных океанов на спутниках Урана обсуждается уже давно, однако остается предметом споров. Среди них выделяется Миранда как самый мелкий (радиус около 233 километров) и ближайший к планете из крупных спутников. Это тело посещал лишь «Вояджер-2», который обнаружил в южном полушарии признаки обширной тектонической активности, включающие в себя разломы и три крупных венца, которые состоят из концентрических канавок и кажутся темнее окружающей поверхности.

Подобные структуры могли возникнуть в кратковременные периоды интенсивной геологической активности, которые имели место за последние 100–500 миллионов лет. Причиной для такой активности могло быть смещение географических полюсов из-за изменений в распределении массы или разогрева недр спутника приливными силами из-за орбитального резонанса с участием других спутников, что порождало изменение наклонения или эксцентриситета орбиты. Разогрев недр мог приводить к криовулканизму или появлению подповерхностного океана, замерзание которого приводило бы к утолщению коры и возникновению напряжений.

Группа планетологов во главе с Калебом Стромом (Caleb Strom) из Университета Северной Дакоты решила разобраться в природе механизма, управляющего деформацией поверхности Миранды. Для этого ученые сначала построили тектоническую карту части поверхности спутника по данным «Вояджера-2», включавшую в себя венцы Эльсинор и Арденн (и кратерированную местность между ними). Затем ее сравнили с результатами моделирования напряжений, вызываемых вышеописанными процессами в четырехслойной модели Миранды, включающей в себя каменное ядро, водный океан и ледяную кору из более хрупкого верхнего слоя и более пластичного нижнего слоя. В моделях толщина верхнего слоя коры варьировалась от 3 до 30 километров, наклонение орбиты — от 1 до 15 градусов, смещение полюсов — от 1 до 10 градусов.

Исследователи пришли к выводу, что в недавнем прошлом интенсивный разогрев недр Миранды привел к формированию у нее тонкой коры (не более 30 километров) и океана толщиной не менее ста километров. Подобный разогрев приливными силами мог произойти из-за увеличения эксцентриситета или наклонения орбиты из-за резонанса со спутником Урана Ариэлем или влияния со стороны резонанса между Ариэлем и Умбриэлем. Возникновение напряжений в коре в этом случае создавало асимметричную деформацию, а не изотропную, как в случае обычного утолщения коры. В результате в одном полушарии доминировали растягивающие силы, в другом — сжатия, а вблизи южного полюса — их смесь, что приводило к постепенному формированию венцов.

Существование океана на Миранде в недавнем геологическом прошлом поднимает вопрос о его наличии в наши дни. По мнению авторов работы, полное замерзание океана привело бы к обширным сетям разломов и рифтов, однако такого не наблюдается, что оставляет возможность части океана сохраняться до сих пор. Подтвердить это смогут будущие исследовательские станции, и тогда Миранда может стать интересной целью для астробиологов.

Потенциальные подповерхностные океаны обнаруживаются не только на спутниках планет, например, в прошлом океан мог быть на карликовой планете Церере.