天王星の衛星の奥深くに隠れた海が潜んでいるかもしれない

天王星の4つの最も大きな衛星には、氷の地殻と深部核の間に数十マイルの深さの海層が存在する可能性が非常に高い。NASAがJournal of Geophysical Researchに発表した新たな分析は、将来の天王星探査ミッションが太陽の衛星から7番目の惑星をどのように調査するかを決定するのに役立つ可能性があるが、天王星だけにとどまらない影響も持っている。

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天王星の周りを回っている衛星は少なくとも 27 個あります。最も大きい 4 つは地球の月の 2 ～ 3 分の 1 ほどの大きさで、アリエルは直径約 720 マイル、最大のティタニアは直径 980 マイルです。ティタニアの大きさから、科学者は長い間、放射性崩壊によって生じた内部の熱を保持する可能性が最も高い衛星であると考えています。天王星の他の衛星は、天王星の重力によって生じる熱はわずかな熱源に過ぎないため、内部の海が凍らないようにするために必要な水頭を保持するには小さすぎると考えられていました。

この新しい分析では、ボイジャー2号宇宙船からのデータと、いくつかの新しいコンピュータモデリングを使用して、天王星の5つの大きな衛星、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロン、ミランダのすべてを調査しました。これらの大きな衛星のうち、ティタニアとオベロンは天王星から最も遠い軌道を周回しており、これらの海は表面から30マイル下に存在する可能性があります。アリエルとウンブリエルには、深さ19マイルの海がある可能性があります。

「小天体、つまり準惑星や衛星に関しては、惑星科学者はこれまで、準惑星のケレスや冥王星、土星の衛星ミマスなど、ありそうもない場所で海洋の証拠を発見してきた」と、共同執筆者でNASAジェット推進研究所の惑星科学者ジュリー・カスティーヨ・ロジェズ氏は声明で述べた。「つまり、私たちが完全に理解していないメカニズムが働いているのだ。この論文では、それが何なのか、そして水は豊富だが内部熱が限られている可能性のある太陽系の多くの天体とどう関係しているのかを調査する。」

新しい研究では、1980年代のボイジャー2号による天王星フライバイのデータと、最近の地上観測から得たデータを再検討した。その後、著者らは、NASAのガリレオ、カッシーニ、ドーン、ニューホライズンズの各ミッション（いずれも海洋惑星を発見）からの追加的な発見と、土星の衛星エンケラドゥス、冥王星とその衛星カロン、ケレスの化学と地質に関する知見を使用して、コンピューターモデルを構築した。これらの冥王星と土星の衛星はすべて、天王星の衛星とほぼ同じ大きさの氷の天体である。

研究チームはこのモデルを使って天王星の衛星の表面がどの程度多孔質であるかを測り、衛星は海を宿すのに必要な内部熱を保持できるほど断熱されている可能性が高いことを突き止めた。さらに、モデルは衛星の岩石マントルに潜在的な熱源があることも発見した。これらの熱源は熱い液体を放出し、海が温かい環境を維持するのに役立つ。この温暖化シナリオは特に、海が何らかの生命体を支えられるほど暖かい可能性がある衛星ティタニアとオベロンで起こりそうだ。

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これらの海の組成を調査することで、科学者は、その下にある物質が内部の地質活動によって下から押し上げられたかどうかに応じて、衛星の氷の表面に見られる物質についても知ることができます。望遠鏡による証拠は、少なくとも 1 つの衛星 (アリエル) に、比較的最近、おそらく氷の火山から表面に流れ込んだ物質があることを示しています。

天王星の衛星の中で最も内側にあり、5番目に大きいミランダにも、最近形成されたと思われる表面構造があり、このことから、ミランダにはかつて海を維持できるだけの熱があった可能性があると推測される。しかし、最近の熱モデリングでは、ミランダは熱を急速に失い、海はおそらく現在では凍っているため、ミランダに水が長期間存在していた可能性は低いことが判明した。

新しい研究のもう一つの重要な発見は、塩化物とアンモニアが海洋に豊富に存在する可能性が高いことを示唆している。アンモニアは不凍液として作用し、著者のモデル化では、水中に存在する可能性のある塩が、天体の内部の海を維持する温度調節のもう一つの源である可能性が示唆されている。

衛星の表面の内部構造を掘り下げることは、科学者や技術者が将来のミッションで衛星を調査するための最適な機器を選択するのに役立つ可能性があるが、天王星の大きな衛星ややるべき作業についてはまだ多くの疑問が残っている。

「将来の観測計画を導くためには、衛星の起源に関するさまざまな仮定に基づいた新しいモデルを開発する必要がある」とカスティーヨ・ロジェス氏は語った。