Die Untersuchung der großen Monde von Uranus zeigt, dass vier davon Wasser enthalten können

Die erneute Analyse von Daten der NASA-Raumsonde Voyager zusammen mit neuen Computermodellen hat NASA-Wissenschaftler zu dem Schluss geführt, dass vier der größten Monde von Uranus wahrscheinlich eine Ozeanschicht zwischen ihren Kernen und Eiskrusten enthalten. Ihre Studie ist die erste, die die Entwicklung des inneren Aufbaus und der Struktur aller fünf großen Monde detailliert beschreibt: Ariel, Umbriel, Titania, Oberon und Miranda. Die Arbeit deutet darauf hin, dass vier der Monde Ozeane enthalten, die Dutzende von Kilometern tief sein könnten.

Insgesamt umkreisen mindestens 27 Monde Uranus, wobei die vier größten von Ariel mit einem Durchmesser von 720 Meilen (1.160 Kilometer) bis zu Titania mit einem Durchmesser von 980 Meilen (1.580 Kilometer) reichen. Wissenschaftler haben lange angenommen, dass Titania angesichts seiner Größe am ehesten die durch radioaktiven Zerfall verursachte innere Wärme zurückhalten würde. Die anderen Monde wurden zuvor allgemein als zu klein angesehen, um die Wärme zu speichern, die erforderlich ist, um einen inneren Ozean vor dem Gefrieren zu bewahren, insbesondere weil die durch die Anziehungskraft von Uranus erzeugte Erwärmung nur eine geringe Wärmequelle darstellt.

Die 2023 Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey der National Academies priorisierte die Erforschung des Uranus. In Vorbereitung auf eine solche Mission konzentrieren sich Planetenwissenschaftler auf den Eisriesen, um ihr Wissen über das mysteriöse Uranus-System zu erweitern. Veröffentlicht im Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planetenkönnte die neue Arbeit darüber informieren, wie eine zukünftige Mission die Monde untersuchen könnte, aber das Papier hat auch Auswirkungen, die über Uranus hinausgehen, sagte Hauptautorin Julie Castillo-Rogez vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien.

„Wenn es um kleine Körper – Zwergplaneten und Monde – geht, haben Planetenwissenschaftler bereits an mehreren unwahrscheinlichen Orten Hinweise auf Ozeane gefunden, darunter die Zwergplaneten Ceres und Pluto sowie der Saturnmond Mimas“, sagte sie. „Es sind also Mechanismen im Spiel, die wir nicht vollständig verstehen. Dieses Papier untersucht, was das sein könnte und wie sie für die vielen Körper im Sonnensystem relevant sind, die reich an Wasser sein könnten, aber nur begrenzte innere Wärme haben.“

Die Studie überprüfte die Ergebnisse der Voyager 2-Vorbeiflüge der NASA an Uranus in den 1980er Jahren und von bodengestützten Beobachtungen. Die Autoren bauten Computermodelle, die mit zusätzlichen Erkenntnissen von Galileo, Cassini, Dawn und New Horizons der NASA (die jeweils Meereswelten entdeckten) angereichert wurden, einschließlich Einblicken in die Chemie und Geologie des Saturnmondes Enceladus, Pluto und seines Mondes Charon und Ceres – alle eisigen Körper etwa so groß wie die Uranusmonde.

Was oben und unten liegt

Die Forscher verwendeten diese Modellierung, um abzuschätzen, wie porös die Oberflächen der Uran-Monde sind, und stellten fest, dass sie wahrscheinlich isoliert genug sind, um die innere Wärme zu speichern, die erforderlich wäre, um einen Ozean zu beherbergen. Darüber hinaus fanden sie eine potenzielle Wärmequelle in den felsigen Mänteln der Monde, die heiße Flüssigkeit freisetzen und einem Ozean helfen würden, eine warme Umgebung aufrechtzuerhalten – ein Szenario, das besonders wahrscheinlich für Titania und Oberon ist, wo die Ozeane sogar sein könnten warm genug sein, um möglicherweise die Bewohnbarkeit zu unterstützen.

Durch die Untersuchung der Zusammensetzung der Ozeane können Wissenschaftler auf Materialien zurückgreifen, die auch auf den eisigen Oberflächen der Monde gefunden werden könnten, je nachdem, ob darunter liegende Substanzen durch geologische Aktivität von unten nach oben gedrückt wurden. Es gibt Beweise von Teleskopen dass zumindest einer der Monde, Ariel, Material hat, das vor relativ kurzer Zeit auf seine Oberfläche geflossen ist, vielleicht von eisigen Vulkanen.

Tatsächlich beherbergt Miranda, der innerste und fünftgrößte Mond, auch Oberflächenmerkmale, die jüngeren Ursprungs zu sein scheinen, was darauf hindeutet, dass er möglicherweise genug Wärme gespeichert hat, um irgendwann einen Ozean aufrechtzuerhalten. Die jüngste thermische Modellierung ergab, dass Miranda wahrscheinlich nicht lange Wasser beherbergt hat: Es verliert zu schnell Wärme und ist jetzt wahrscheinlich gefroren.

Aber die innere Hitze wäre nicht der einzige Faktor, der zum unterirdischen Ozean eines Mondes beiträgt. Ein Schlüsselergebnis der Studie deutet darauf hin, dass sowohl Chloride als auch Ammoniak in den Ozeanen der größten Monde des Eisriesen wahrscheinlich reichlich vorhanden sind. Ammoniak ist seit langem als Frostschutzmittel bekannt. Darüber hinaus legt die Modellierung nahe, dass Salze, die wahrscheinlich im Wasser vorhanden sind, eine weitere Frostschutzquelle darstellen und die inneren Ozeane der Körper erhalten.

Natürlich gibt es noch viele Fragen zu den großen Monden des Uranus, sagte Castillo-Rogez und fügte hinzu, dass noch viel zu tun sei: „Wir müssen neue Modelle für unterschiedliche Annahmen über den Ursprung der Monde entwickeln um die Planung für zukünftige Beobachtungen zu leiten.“

Das Graben in dem, was unter und auf den Oberflächen dieser Monde liegt, wird Wissenschaftlern und Ingenieuren helfen, die besten wissenschaftlichen Instrumente für ihre Vermessung auszuwählen. Beispielsweise bedeutet die Bestimmung, dass Ammoniak und Chloride vorhanden sein können, dass Spektrometer, die Verbindungen anhand ihres reflektierten Lichts erkennen, einen Wellenlängenbereich verwenden müssten, der beide Arten von Verbindungen abdeckt.

Ebenso können sie dieses Wissen nutzen, um Instrumente zu entwickeln, die das tiefe Innere nach Flüssigkeiten untersuchen können. Die Suche nach elektrischen Strömen, die zum Magnetfeld eines Mondes beitragen, ist im Allgemeinen der beste Weg, um einen tiefen Ozean zu finden, wie es die Wissenschaftler der Galileo-Mission auf dem Jupitermond Europa taten. Das kalte Wasser in den inneren Ozeanen von Monden wie Ariel und Umbriel könnte die Ozeane jedoch weniger in der Lage machen, diese elektrischen Ströme zu transportieren, und würde eine neue Art von Herausforderung für Wissenschaftler darstellen, die daran arbeiten, herauszufinden, was darunter liegt.