Vier manen van Uranus hebben ondergrondse oceanen
De vijf grote manen van Uranus – Miranda, Ariël, Umbriël, Titania en Oberon – zijn belangrijke doelen voor toekomstige ruimtemissies. Het bestuderen van deze objecten zou helpen om de omvang van bewoonbare omgevingen in het buitenste zonnestelsel te bepalen. Om de verkenning van deze manen te motiveren en te informeren, modelleerden planeetwetenschappers hun interne evolutie, de huidige fysieke structuren en geometrische en geofysische kenmerken die kunnen worden gemeten door ruimtesondes. Ze voorspelden dat als de manen tot nu toe vloeistof bevatten, dit waarschijnlijk in de vorm van restoceanen is die minder dan 30 kilometer dik zijn op Ariël en Umbriël en minder dan 50 kilometer op Titania en Oberon.
Minstens 27 manen draaien er om Uranus, met de vier grootste variërend van Ariël, met een diameter van 1160 kilometer tot Titania die een diameter van 1580 kilometer heeft.
Planeetwetenschappers hebben lang gedacht dat Titania, gezien zijn grootte, de meeste kans zou hebben om interne warmte vast te houden. Die warmte zou worden opgewekt door radioactief verval.
De andere manen werden voorheen algemeen beschouwd als te klein om de warmte vast te houden die nodig is om te voorkomen dat een interne oceaan bevriest, vooral omdat de verwarming die wordt veroorzaakt door de zwaartekracht van Uranus slechts een kleine warmtebron is.
Volgens wetenschappers van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA zou hun werk informatie kunnen geven over hoe een toekomstige missie de manen zou kunnen onderzoeken. Maar het artikel heeft ook implicaties die verder gaan dan Uranus.
Als het gaat om kleine objecten – dwergplaneten en manen – dan hebben planeetwetenschappers eerder bewijs gevonden van oceanen op verschillende onwaarschijnlijke plaatsen, waaronder de dwergplaneten Ceres en Pluto en de maan Mimas van Saturnus.
Er zijn dus mechanismen in het spel die men nog niet volledig begrijpt. In het artikel wordt onderzocht wat dat zou kunnen zijn en hoe relevant ze zijn voor de vele objecten in het zonnestelsel die rijk aan water kunnen zijn maar een beperkte interne warmte hebben.
In hun studie hebben de onderzoekers de bevindingen van de Voyager 2-scheervluchten van Uranus in de jaren ‘80 en de waarnemingen vanaf de Aarde opnieuw bekeken.
Ze bouwden computermodellen doordrenkt met aanvullende bevindingen van NASA’s Galileo, Cassini, Dawn- en New Horizonsmissies, inclusief inzichten in de chemie en de geologie van de Saturnusmaan Enceladus, Pluto en zijn maan Charon en Ceres – alle ijzige objecten van ongeveer dezelfde grootte als de betreffende manen van Uranus.
Ze gebruikten die modellering om te meten hoe poreus de oppervlakken van de manen van Uranus zijn en ze ontdekten dat ze vermoedelijk voldoende geïsoleerd zijn om de interne warmte vast te houden die nodig zou zijn om een ondergrondse oceaan te huisvesten.
Bovendien ontdekten ze wat een potentiële warmtebron zou kunnen zijn in de rotsachtige mantels van de manen, die hete vloeistof afgeven en een oceaan zouden helpen een warme omgeving te behouden – een scenario dat vooral waarschijnlijk is voor Titania en Oberon, waar de oceanen zelfs warm genoeg zijn om bewoonbaarheid mogelijk te ondersteunen.
Miranda, de binnenste en op vier na grootste maan, bevat oppervlaktekenmerken die van recente oorsprong lijken te zijn, wat erop wijst dat ze misschien genoeg warmte heeft vastgehouden om ooit een oceaan in stand te houden.
Uit de thermische modellering bleek dat het onwaarschijnlijk is dat Miranda lang water heeft gehad: de maan verliest te snel warmte en is waarschijnlijk bevroren.
Maar interne warmte zou niet de enige factor zijn die bijdraagt aan de ondergrondse oceaan van een maan.
Een belangrijke bevinding in de studie suggereert dat chloriden, evenals ammoniak, waarschijnlijk overvloedig aanwezig zijn in de oceanen van de grootste manen van de ijzige reus. Van ammoniak is al lang bekend dat het werkt als antivries.
Bovendien suggereert de modellering dat zouten die waarschijnlijk in het water aanwezig zijn, een andere bron van antivries zouden zijn, die de interne oceanen van het object in stand houdt.
Natuurlijk hebben planeetwetenschappers nog vele vragen over de grote manen van Uranus. Er moeten nieuwe modellen worden ontwikkeld voor verschillende aannames over de oorsprong van de manen om de planning voor toekomstige waarnemingen te sturen.
Het onderzoek is gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research.
Artikel: Julie Castillo-Rogez et al. 2023. Compositions and Interior Structures of the Large Moons of Uranus and Implications for Future Spacecraft Observations. Journal of Geophysical Research 128 (1): e2022JE007432; doi: 10.1029/2022JE007432
Eerste publicatie: 6 mei 2023
Bron: NASA-JPL
